초록 ▼

본 연구에서는 자기적 특성이 없는 층상구조 전이금속 칼코겐 물질, MX₂ (M-Mo, W, Ti; X-S, Se, Te)를 이용하여 입자크기 및 두께 조절 없이 다양한 가스분위기에서 열처리를 통하여 물리적 특성 및 자기적 상전이를 유동하는 연구를 수행하였다.

1. 열처리 환경 변화에 따른 물질의 특성 조절
본 연구에서는 선행연구로서 우선 상온에서 성장된 ZnO:Al 박막의 진공, 질소, 수소 열처리 환경 변화에 따른 특성 변화를 조사하였다. X-선 회절 실험으로부터 구조적 특성 변화를 관찰하였으

본 연구에서는 자기적 특성이 없는 층상구조 전이금속 칼코겐 물질, MX₂ (M-Mo, W, Ti; X-S, Se, Te)를 이용하여 입자크기 및 두께 조절 없이 다양한 가스분위기에서 열처리를 통하여 물리적 특성 및 자기적 상전이를 유동하는 연구를 수행하였다.

1. 열처리 환경 변화에 따른 물질의 특성 조절
본 연구에서는 선행연구로서 우선 상온에서 성장된 ZnO:Al 박막의 진공, 질소, 수소 열처리 환경 변화에 따른 특성 변화를 조사하였다. X-선 회절 실험으로부터 구조적 특성 변화를 관찰하였으며, 열처리 온도 변화에 따른 광흡수를 측정하여 띠 간격 (band gap)에너지를 조사하였다. 또한, 열처리에 따른 전기비저항, 운반자(carrier) 농도 및 이동도 변화를 논의하였다. 특히, 열처리는 박막의 전기 전도도와 광학적 특성 변화에 중요한 요소로 작용한다는 것을 관측하였으며, 이러한 연구결과를 바탕으로 층상구조 물질에도 적용할 수 있음을 알 수 있었다.

2. 수소 및 질소 열처리를 통한 강자성 유도
이차원 층상구조 MX₂ 전이금속 칼코겐 화합물은 흑연과 마찬가지로 외부에 가한 자기장을 투과하지 않는 반자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 그러나, 가장자리를 수직하게 형성한 나노 클러스터 박막의 경우 강자성 특성을 가진다고 알려져 있으며, 본 연구자는 수소 열처리와 양성 빔이 조사된 단결정 MoS₂에서 상온 강자성 현상을 보고하였다. 본 연구에서는 MX₂ 물질의 입자크기 조절 없이 질소 열처리 분위기에서 MoS₂의 강자성을 유도하는 연구를 수행하였다. MoS₂의 경우 표면이 자기장에 수직인 방향(out of plane)에서는 온도 변화에 무관하게 음의 자기모멘트를 가져 반자성 특성을 나타내고 있지만 평행한 방향(in plane)에서는 특이한 자기 모멘트의 변화가 관측되고 있다. 열처리 온도가 300과 400℃의 경우 상자성의 거동을 보여주고 있지만, 200℃에서 열처리된 시료의 경우 저온에서 반자성의 거동을 나타내고 있다. 이러한 결과로부터 200℃ 시료의 경우 초전도 가능성을 암시하고 있지만 M-H 자기이력 곡선에서는 여전히 강자성의 거동을 보여주었다. 상온에서의 자기특성과 제조 방법에 따른 자기 이방성의 특성을 MoK-edge extended x-ray absorption fine structure (EXAFS)로 분석으로부터 Mo-Mo의 결합 길이가 질소 열처리에 의해서 수축되었음을 보여주었다. 이러한 결합길이의 변화가 상온 강자성과 저온에서의 반자성 거동 변화를 가져온 것으로 판단하였다.

3. 전자빔 조사 및 수소화 열처리를 통한 반도체-금속상 전이 유도
MX₂ 층상구조의 경우 층간 사이는 약한 반데르발스(van der Waals) 결합구조로 전자빔 조사 및 수소화 열처리를 통하여 층간 사이의 결함이 반자성 특성에 어떠한 효과를 나타내는지 조사하였다. 결함을 통한 MX₂의 층상구조 물질의 수송특성과 자기적 특성 조절은 스핀트로닉스(spintronics)와 양자정보(quantum information) 장치에 응용할 수 있는 계기가 되고 있다. MoS₂는 흑연과 마찬가지로 외부에 가한 자기장을 투과하지 않는 반자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 그러나, 층상구조 MX₂의 반자성 특성에 관한 기초적인 연구는 거의 없는 실정이다. MX₂ 구조에서 전자빔 조사는 원자 구조 조절을 통하여 전자 구조의 제어할 수 있는 기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 전자빔 선량(dose)과 가속 에너지를 조절하여 칼코겐원소 빈자리의 결함을 인위적으로 생성시키면 반자성 특성이 자기장에 민감하게 반응한다는 것을 발견하였고, 이것은 van der Waals 갭이 면 방향에 영향을 미치는 것으로 판단하였다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 10
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 11
• Ⅲ. 연구성과 ... 12
• 끝페이지 ... 17