초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 에너지, 공간 해상도가 세계적으로 가장 우수한 주사형검침현미경을 미국 NIST 그룹과 서울대 연구실에 구축하고, 이를 이용하여 나노과학의 제 문제를 푸는 것을 연구 목적으로 삼았다. 실험을 통하여 10mK 주사형터널링현미경이 NIST 연구실에 완성작동되었고, 서울대 연구실에는 0.3K 주사형터널링현미경이 완성되었다. 이 장비를 이용하여 본 연구에서는 그래핀, 위상절연체, 박막 고온초도체, 나노 양자점을 연구하여 이 물질들의 물리학적 특성을 측정하는 것을 목적으로 삼았다. 이 대상 시편들은

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 에너지, 공간 해상도가 세계적으로 가장 우수한 주사형검침현미경을 미국 NIST 그룹과 서울대 연구실에 구축하고, 이를 이용하여 나노과학의 제 문제를 푸는 것을 연구 목적으로 삼았다. 실험을 통하여 10mK 주사형터널링현미경이 NIST 연구실에 완성작동되었고, 서울대 연구실에는 0.3K 주사형터널링현미경이 완성되었다. 이 장비를 이용하여 본 연구에서는 그래핀, 위상절연체, 박막 고온초도체, 나노 양자점을 연구하여 이 물질들의 물리학적 특성을 측정하는 것을 목적으로 삼았다. 이 대상 시편들은 세계적으로 선두인 그룹들과 공동연구를 통하여 얻거나, 두 연구실에서 자체적으로 성장된 시편을 이용하였다. 대부분 결과는 경쟁력 있는 학회지에 보고하거나, 국제학회 초정강연 등을 통하여 결과의 우수성을 학계에 보고하고, 응용 가능성이 있는 결과는 지적재산권을 얻기 위하여 노력하였다.

□ 연구결과
세계에서 경쟁력있는 주사형검침현미경 그룹으로 도약하였다. 그래핀 연구를 수행하여, 그래핀의 spin, pseudospin 상태에 대해 이해를 하게 되었고, 전자밀도가 edge state 높게 존재하며, 전자가 전도할 때 edge state를 주 channel로 이용함을 이해하였다. 그래핀에서 포논의 역할, 그래핀의 소자 응용 가능성도 탐구하였다. 위상 절연체의 여러 물리적 성질을 연구하여 보고하였으며, 마요나라 페르미온의 실체에 대한 연구를 수행하였다. 위상절연체의 전계 효과를 이용한 소자 응용 가능성, 양자 소자로의 응용 가능성을 연구하였다.
다원소 고온초전도체를 pulsed laser deposition 방법으로 성장 가능함을 보여주었고, 철계 고온초전도체의 물리적 성질을 연구하였다. 단원자층 tetragonal FeSe 고온초전도체에서 전자쌍을 이루는 기전을 scanning tunneling spectroscopy 결과로부터 얻을 수 있었다.
단원자층 hexagonal FeSe 중 한 구조에서 211K의 고온초전도 상전이를 발견하였고, 학계의 주목을 받을 것으로 예측한다. 양자점 효과, 양자 속박효과, 분자의 양자효과, 분자모터 현상 등이 연구기간 중 발견되었다.

□ 연구내용의 활용 계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함)
구축된 세계적 경쟁력을 가진 주사형 검침현미경은 국내 장비를 갖추지 못한 그룹들에게 개방하여 공동 연구를 수행할 예정이다. 그래핀 소자, 위상절연체 소자의 소자 응용 가능성도 계속 탐구할 예정이다. 높은 상전이 온도의 박막고온초전도체의 응용 가능성을 계속 탐구하고, 지적재산권을 확보할 예정이다. 고온초전도체의 스위칭 소자 응용 가능성은 저온 data storage 연구들과 맞물려 계속 연구 가치가 있다고 생각한다. 글로벌연구사업으로 형성된 국제 공동연구 네트웤을 발전시켜, 국내 나노과학의 발전을 도모할 수 있다고 생각한다.

(출처 : 요약문 3p)

Abstract ▼

□ Purpose
The purpose of this study is to establish the world's best scanning tunneling microscopes in the NIST group and Seoul National University laboratory and to solve the problems in nanoscience by using them. Through the experiment, 10mK scanning tunneling microscope was completed and opera

□ Purpose
The purpose of this study is to establish the world's best scanning tunneling microscopes in the NIST group and Seoul National University laboratory and to solve the problems in nanoscience by using them. Through the experiment, 10mK scanning tunneling microscope was completed and operated in NIST lab, and 0.3K scanning tunneling microscope was completed in Seoul National University laboratory. After completing these equipment, we intended to research the various nanoscience problems.

□ contents
Using this instrument, this study aimed to measure the physical properties of graphene, topological insulator, thin film high temperature superconductor and nano quantum dots. These specimens were obtained through joint research with the world's leading groups, or with ourown growth in both laboratories. The excellence of the results was reported to the academic world through the publication in prominent journals and invited lecture in the international conferences, and the some results were applied to obtain intellectual property rights.

□ Developement results
Two groups have become competitive scanning probe microscopy groups in the world. By conducting graphene studies, we understood the spin and pseudospin states of graphene, and understood that the electron density is high in the edge state, and the edge state is used as the main channel when electrons conduct. The role of phonon in graphene and the possibility of device application of graphene were also explored. Several physical properties of topological insulators have been studied and reported, and the study of the Majonara fermion's identity has been carried out. Applicability of devices using field effects of topological insulators and their applicability to quantum devices were studied. Multi-element high-temperature superconductors have been shown to be grown by pulsed laser deposition, and the physical properties of iron-pnictide high-temperature superconductors have been studied. The electron pairing mechanism in monoatomic tetragonal FeSe high temperature superconductors was obtained from scanning tunneling spectroscopy. A high temperature superconducting phase transition of 211K was found in one of the monoatomic hexagonal FeSe, and is expected to attract attention from the academic community. Quantum dot effects, quantum confinement effects, molecular quantum effects, and molecular motor phenomena have been discovered during this study.

□ Expected Contribution
The established globally competitive scanning probe microscopes will be open to all Korean groups without equipment and we plan conduct joint research. The application of graphene devices and phase insulator devices will also be explored. We will continue to explore the application possibilities of thin film - high temperature transition temperature superconductors and secure intellectual property rights. The applicability of switching devices in high temperature superconductors, combined with low temperature data storage studies, is of continuing research value. The development of an international joint research network formed by global research projects can promote the development of domestic nanoscience.

(source: Summary 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구계획 요약문 ... 2
• 연구결과 요약문 ... 3
• 한글요약문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• 목차 ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 51
• 5. 대표적 연구실적 ... 57
• 6. 연구결과의 활용계획 ... 57
• 7. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 57
• 8. 참고문헌 ... 58
• 9. 연구성과 ... 60
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 81
• 11. Final report for GRL ... 82
• 별첨1. 대표연구실적 양식 ... 103
• 별첨2. 참여 인력 현황 ... 108
• 첨부 ... 109
• 첨부1. 목표의 달성도 증빙 ... 110
• 첨부2. 대표 연구실적 증빙 ... 116
• 끝페이지 ... 120