초록 ▼

□연구개요
양자 스케일의 전자기적 현상을 깊이 이해하기 위하여 세계 최고 수준의 나노/옹스트롬 갭을 제작하여 그 안에서 일어나는 광학적, 전기적, 화학적 현상을 제어하고자 한다. 수 나노미터 이하 크기의 갭 내부에 집속된 테라헤르츠파의 강력한 전기장에 의해 터널링 현상이 유도될 수 있다. 터널링하는 전자에 의하여 진공을 포함한 갭 물질의 광학적 특성이 바뀌며 이는 유전 상수의 복소수 부분으로 표현된다. 거시적인 길이를 가진 양자 스케일 갭을 제작하여 터널링을 제어함으로써 궁극적인 물질과 빛의 상호작용을 연구하고 거시 세계와 미

□연구개요
양자 스케일의 전자기적 현상을 깊이 이해하기 위하여 세계 최고 수준의 나노/옹스트롬 갭을 제작하여 그 안에서 일어나는 광학적, 전기적, 화학적 현상을 제어하고자 한다. 수 나노미터 이하 크기의 갭 내부에 집속된 테라헤르츠파의 강력한 전기장에 의해 터널링 현상이 유도될 수 있다. 터널링하는 전자에 의하여 진공을 포함한 갭 물질의 광학적 특성이 바뀌며 이는 유전 상수의 복소수 부분으로 표현된다. 거시적인 길이를 가진 양자 스케일 갭을 제작하여 터널링을 제어함으로써 궁극적인 물질과 빛의 상호작용을 연구하고 거시 세계와 미시 세계를 접목하면서 동시에 차세대 능동 소자 플랫폼을 개발하는 것을 목표로 한다.

□연구 목표대비 연구결과
다양한 환경에서의 양자스케일 전자기 환경을 이해하기 위해 다양한 갭 물질에서의 터널링과 나노갭 구조와 분자 사이의 커플링을 관찰하고자 하였다.
연구 목표를 달성하기 위해 실험 목적에 맞는 시료를 제작하여 구조적 특성을 광학현미경, 원자 힘 현미경, 전자현미경을 통해 확인하였다. 테라헤르츠파 투과 특성을 이론적으로 예측하고 실험적 관측 결과와 비교하였고 이러한 과정을 통해 구조적 문제로 인한 실험 오차를 현격히 줄였으며, 응용 목적에 걸맞은 고품질의 시료를 제작할 수 있게 되었다.
이후, 나노갭의 광학적 특성, 너비와 모양에 따라 갭 내부에서 형성되는 전기장, 강한 테라헤르츠파의 비선형 투과와 그에 따른 양자 터널링 현상을 관찰하였다. 이와 더불어 갭 근처에 유도된 전기장에 의한 국소화된 강한 테라헤르츠파 흡수를 확인하고, 다양한 응용연구를 수행하기도 하였다. 한편, 테라헤르츠파 영역에서 MXene, PEDOT:PSS와 같은 전도성 물질을 나노갭과 접합함으로써 투과파의 세기를 조절하거나 그래핀을 이용하여 1nm 이하의 폭을 가지는 옹스트롬갭을 제작하였으며 테라헤르츠파 영역에서 그래핀의 광학적 특성을 테라헤르츠 시간 영역 분광법을 통해 분석하는 등 다양한 갭 물질에서의 터널링을 관찰하였다.
위와 같이 본 연구단은 연구 목표를 충족하는 연구결과를 얻을 수 있었다. 더 나아가 본 연구단은 다음의 성과를 얻을 수 있었다. 상세한 제작 조건의 정립을 통해 고품질 대면적의 나노갭 제작법을 획득하였으며, 이를 바탕으로 다양한 분야에서 활용될 수 있는 플랫폼을 개발하고 있다. 또한, 다른 물질과의 접합을 통해, 투과된 테라헤르츠파의 세기를 조절하거나 접합 물질의 특성을 분석할 수 있게 되었다. 특히, 기계적 변형을 통해 갭폭에 매우 민감하게 반응하는 나노갭의 광학적 특성이 실시간으로 조절됨을 확인하였고, 10nm에서 0nm까지의 능동변형이 가능한 것을 확인하였다.

□연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
플렉서블 나노갭을 활용하면 갭폭을 0nm에서부터 수십 nm까지 쉽게 조절 가능하므로 이에 따른 분자의 특성을 관찰할 수 있고 이는 차세대 분자전자소자 개발로 이어질 수 있다. 또한, 플렉서블 나노갭의 폭 변조 메커니즘에 따라 밀리미터 스케일의 거시적 거리를 피코미터 스케일의 양자적 거리로 전환하는 혁신적인 기술의 진보가 가능해질 것이며 이를 통해 터널링 현상과 양자 전도성을 일상적으로 측정할 수 있을 것이다. 또한, 장파장 영역에서 작동하는 플렉서블 나노갭 기반 능동 광학 소자는 파장 영역에 따라 선택적으로 전자기파와 상호작용하기 때문에 능동거울 및 창문 등에 활용될 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발 목표 및 내용(연구계획서상에 작성된 목표 및 내용을 기술) ... 4
• 가. 최종목표 ... 4
• 나. 단계목표(당초목표 및 수정․보완 목표) ... 4
• 다. 당초 목표의 수정․보완(중요 연구변경) 사유 ... 4
• 라. 2단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 5
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 6
• 3. 주요 연구개발결과 ... 7
• 가. 계획대비 달성도 ... 7
• 나. 대표적 연구업적 ... 17
• 다. 현 단계 달성된 연구결과의 세계적 연구 위상 ... 18
• 라. 기타 계획하지 않은 연구성과 ... 18
• 마. 연구역량 향상 정도 ... 18
• 바. 세계적 연구리더로서 연구책임자의 성장 정도 ... 19
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 끝페이지 ... 25