그래핀의 발견과 함께, 다양한 2차원 소재들의 특이성을 규명하는 것은 큰 연구 가치가 있다. 그 중에서도 2차원 전이금속 디칼코겐화합물(2D transition metal dichalcogenide, 2D TMD)은 결정구조가 다양하며 상에 따라서 물리, 화학, 광학적으로 상이한 특성을 띤다. TMD는 기본적으로 MX2의 화학식을 가지고 있으며 M은 전이금속 원소, X는 칼코겐 원소이다. M은 4~10족에 위치한 원소들로, 대표적으로는 Mo, W, V, Nb, Ta, Ti 등이 있으며
1. 서론
그래핀의 발견과 함께, 다양한 2차원 소재들의 특이성을 규명하는 것은 큰 연구 가치가 있다. 그 중에서도 2차원 전이금속 디칼코겐화합물(2D transition metal dichalcogenide, 2D TMD)은 결정구조가 다양하며 상에 따라서 물리, 화학, 광학적으로 상이한 특성을 띤다. TMD는 기본적으로 MX2의 화학식을 가지고 있으며 M은 전이금속 원소, X는 칼코겐 원소이다. M은 4~10족에 위치한 원소들로, 대표적으로는 Mo, W, V, Nb, Ta, Ti 등이 있으며 X는 16족의 S, Se, Te가 있다. 전이금속 원소의 종류에 따라 채워지는 d 오비탈의 개수가 달라지면서 2D TMD의 종류에 따른 전기적 특성도 각각 달라진다. 이에 따라 2D TMD는 절연체(insulating), 반도체(semiconducting), 금속(metallic), 초전도체(superconducting) 등 물성이 다양하다. 가장 많은 연구가 이루어진 MoS2의 경우, 결정구조에 따라 육방 구조(hexagonal)를 가지는 2H 상(반도체), 삼방 구조(trigonal)를 가지는 1T 상(금속), 단사정계 구조(monoclinic)를 가지는 1T’ 상(반금속, semimetallic)으로 분류할 수 있다.
층 내 M과 X 간에는 공유결합을 하고 있지만, 층과 층 간에는 약한 반데르발스 인력으로 쌓여 있기 때문에 이러한 이방성을 활용하여 2D TMD를 효과적으로 변이시킬 수 있다. 최근 들어, 온도변화에 따른 자극뿐만 아니라 물리적, 화학적, 전기적, 광학적 자극에 의해서도 물성의 변이가 일어난다는 것이 실험적으로 증명되고 있다. 2D TMD의 변이에 따라 기존에 가지던 띠 구조(electronic band struc-ture), 광학적 특성, 촉매활성도(catalytic activity), 열전도성, 초전도성, 캐리어 밀도 및 이동도(carrier density and mobility) 등을 변화시킬 수 있다(그림 1). 다양한 2D TMD 물질이 다양한 물성을 가지고 있기 때문에 많은 연구자들이 끊임없는 연구를 통해 이론적, 실험적 발견을 하고 있다. 이 리포트를 통해, 다양한 자극에 따른 2D TMD의 물성 변이에 대한 최신 연구 동향에 대해 소개하고, 이러한 물성의 변화가 어떠한 분야에 적용될 수 있는지 알아보고자 한다.
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