초록 ▼

연구는 2차원 결정 위에서 액정의 거동을 관찰하거나, 액정의 배향 패턴을 만들어 패턴에서 움직이는 입자들의 움직임을 관찰하는 것을 주제로 삼았다. 아래와 같은 결과를 얻었다.

1. 그래핀 위에서 액정의 쩔쩔맴 관찰
SiC 기판 위에서 합성된 그래핀과 Cu 기판 위에서 합성된 그래핀 위에서의 액정 성질을 비교하였다. 두 경우 액정 texture가 미묘하게 다르게 나타났다. SiC나 Cu 위에서 액정은 그래핀 결정의 대칭을 따라서 동등한 세 방향으로 늘어선다. Cu 기판 위에서의 액정 방향자 방향은 매우 안정되어 등방

연구는 2차원 결정 위에서 액정의 거동을 관찰하거나, 액정의 배향 패턴을 만들어 패턴에서 움직이는 입자들의 움직임을 관찰하는 것을 주제로 삼았다. 아래와 같은 결과를 얻었다.

1. 그래핀 위에서 액정의 쩔쩔맴 관찰
SiC 기판 위에서 합성된 그래핀과 Cu 기판 위에서 합성된 그래핀 위에서의 액정 성질을 비교하였다. 두 경우 액정 texture가 미묘하게 다르게 나타났다. SiC나 Cu 위에서 액정은 그래핀 결정의 대칭을 따라서 동등한 세 방향으로 늘어선다. Cu 기판 위에서의 액정 방향자 방향은 매우 안정되어 등방상에서부터 온도를 내릴 때, 상전이시 형성된 네마틱상의 방향이 낮은 온도까지 유지된다. 그런 반면 SiC 위에서는 상전이시 작은 영역들이 만들어지고, 온도를 내리는데 따라서 작은 영역들이 합쳐지는 현상이 발견되었다.

2. MoS₂ flake와 단일 원자층 위에서 액정 texture 관찰
MoS₂ flake 위에서 두께가 다른 layer들은 다른 액정 배향 방향을 나타내었다. 액정의 등방상 온도에서도 표면 부근에서는 네마틱 층이 유지되는 것으로 보인다. 그 층수는 온도가 올라가는데 따라서 작아진다. 높은 온도에서도 액정 분자와 MoS₂ flake 사이에 상호 작용이 작용하여 nematic ordering이 유도되는 것으로 보인다. MoS₂ 단일 원자로 이루어진 삼각형 모양의 원자층 위에서 방향자는 결정의 방향 및 원자층의 모양과 대칭을 이루면서 늘어선다. 그렇지만 시간이 지남에 따라 단일한 방향으로 늘어서는 현상이 나타났다. 또한 원자층에서도 액정의 등방상 이상의 온도에서 MoS₂ 부근에서 nematic ordering이 나타나는 것을 관찰할 수 있었다.

3. hBN, BP에서의 액정 texture 특성 관찰
hBN (hexagonal Boron Nitride) flake 위에서 액정은 등방상에서부터 온도를 내릴 때, 액정의 네마틱 상에서 배향 방향을 바꾸면서 점차 같은 방향으로 늘어선다. 그런데 그래핀이나 MoS₂ 경우와는 다르게 어떤 대칭적 방향을 나타내지는 않는 것으로 보인다. 또한 액정 방향의 온도에 따른 변화 과정을 정성적으로 설명하는 모델을 세우고, 프로그램을 작성, 설명하였다. 액정이 접촉하고 있는 BP (black phosphorus)의 형광신호를 측정하였는데 액정에 의해 변화가 나타나지는 않는 것으로 보인다.

4. 액정의 배향 패턴 형성과 그 패턴에서 입자들의 상호작용
Frustration (쩔쩔맴)이 만들어질 수 있는 액정 배향 패턴을 만들 수 있는 광 조사 장치를 만들었다. 그것을 이용, 여러 배향 패턴을 만들었다. 그 중에 액정 배향 방향이 parallel과 twist가 반복되는 구조를 이용하여 입자와 액정의 찌그러짐 사이의 상호작용을 측정하고 설명하였다. 또한 두 영역의 경계에 위치하는 입자들이 elastic Coulomb 상호작용을 나타내는 것을 알아냈다.

5. 방울들의 성질
액정 내의 공기 방울이 있으면, 공기 분자들이 액정에 녹으면서 부피가 감소한다. 일반적인 액체 내에서는 그 변화가 등방적이어서 입자의 위치 변화가 없다. 액정 내에서는 입자 주위에 만들어지는 point defect 로 인해 비등방적이 된다. 입자가 일정한 방향으로 이동하는 것을 관찰하고 그것을 설명하였다.

액정이 방울일 때, 온도에 따라 액정 director의 요동현상이 나타난다. 이것을 고속 카메라로 측정하고 분석하였다. 요동모드가 전기장에 의해 억제된다. 방울에, 색소를 넣고 laser를 조사하면 특정한 모드의 빛들이 여기된다 (Whispering gallery mode(WGM)). 이 현상을 액정 방울에 적용하여 전기장을 인가하고 거기에 따른 WGM의 변화를 관찰하여 액정의 anchoring strength를 측정하였다.

(출처 : 연구결과 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 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 12