초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 우리가 최근 독창적으로 제시한 2차원 반도체의 “밴드구조 제어기술”과 “밴드구조 측정기술”의 결합을 고도화하여 아직 미개척 분야로 남아있는 2차원 반도체의 고유물성 제어 및 교정에 도전한다. 2차원 반도체의 밴드구조 제어를 통해 인위적인 위상학적 상전이를 유도하거나, 상호작용을 인위적으로 극대화하여 새롭고 흥미로운 대칭성 및 위상질서를 갖는 양자상태를 탐색한다. 이를 바탕으로 전하량 조절을 동작 메커니즘으로 하는 통상적인 트랜지스터와 달리 “2차원 반도체의 밴드구조 제어”라는 새로운 물리적 메커니즘에

□ 연구개요
본 연구에서는 우리가 최근 독창적으로 제시한 2차원 반도체의 “밴드구조 제어기술”과 “밴드구조 측정기술”의 결합을 고도화하여 아직 미개척 분야로 남아있는 2차원 반도체의 고유물성 제어 및 교정에 도전한다. 2차원 반도체의 밴드구조 제어를 통해 인위적인 위상학적 상전이를 유도하거나, 상호작용을 인위적으로 극대화하여 새롭고 흥미로운 대칭성 및 위상질서를 갖는 양자상태를 탐색한다. 이를 바탕으로 전하량 조절을 동작 메커니즘으로 하는 통상적인 트랜지스터와 달리 “2차원 반도체의 밴드구조 제어”라는 새로운 물리적 메커니즘에 의해 동작하는 신개념·고성능·초소형 트랜지스터의 원천기술을 확보한다.

□ 연구 목표대비연구결과
1차년도 연구 목표는 세계 최고 수준의 밴드구조 제어기술을 확보하여 2차원 반도체의 폭넓은 밴드갭 제어를 통해 인위적인 위상학적 상전이를 발견하는 것이다.
→ 2차원 반도체 흑린의 표면 도핑을 통해 밴드갭을 폭넓은 범위에서 제어하는 데 성공하여 위상학적 상전이를 처음 발견함 [Physical Review Letters 119, 226801 (2017)].
2차년도의 연차실적 계획서에서 일부 수정된 연구 목표는 2차원 반도체에 표면 도핑에 따른 전자-포논 상호작용 효과를 연구하는 것이다.
→ 2차원 반도체 MoS2의 표면 도핑을 통해 강한 전자-포논 상호작용에 의한 홀스타인 폴라론을 발견함 [Nature Materials 17, 676 (2018)].
3차년도 연차실적 계획서에서 일부 수정된 연구 목표는 편광된 광원과 ARPES를 활용하여 주름진 벌집구조의 밴드구조에 존재하는 위상 질서를 연구하는 것이다.
→ 2차원 반도체 흑린의 밴드구조에 존재하는 유사스핀의 질서를 측정하여 양극성 유사스핀 반도체 상태를 발견함 [Nature Materials 19, 277 (2020)].

□ 연구개발결과의 중요성
지난 3년의 연구를 통해 인공적인 위상학적 상전이 발견, 홀스타인 폴라론 발견, 양극성 유사스핀 반도체 발견과 같은 2차원 반도체 분야의 이정표적 성과를 거둘 수 있었다.
이들은 학문적 관점에서 기존에 유사한 사례를 찾아보기 어려운 완전히 새로운 발견이며 향후 새로운 분야 개척으로 이어질 수 있다는 측면에서 특히 중요하다. 2차원 반도체의 밴드구조 제어는 인류의 "꿈의 목표"라 할 수 있는 물질의 고유물성 제어 및 교정 기술의 기초과학적 토대를 제공한다는 점에서 앞으로 꾸준한 연구와 투자가 필요한 분야이다. 이를 바탕으로 향후 새로운 물리학적 메커니즘에 기초한 신개념·고성능·초소형 트랜지스터가 개발될 수 있다면 그 파급효과는 우리 산업 전반에 미칠 것으로 예상한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• (1) 1차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 10
• (2) 2차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 12
• (3) 3차년도 연구수행 내용 및 연구결과 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 28
• 끝페이지 ... 37