초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
첫 번째, 수직적 전하 전달을 확인할 수 있는 시분해 SHG(second harmonic generation) 분광실험기기를 제작하고, 두번째 전하 전달을 통제하기 위한 두 물질의 표면 접합 및 각도를 변화하며 전하 전달 상호작용 현상에 관해 탐구하고자 한다.

◼ 전체 내용
본 연구에서 측정하는 수직적 SHG 신호의 세기는 작을 것으로 예상하기 때문에 민감도가 낮은 분광기로는 연구하기에는 큰 한계를 지닌다. 특히 유기물-무기물 이형접합 시스템의 경우 2차원 결정이

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
첫 번째, 수직적 전하 전달을 확인할 수 있는 시분해 SHG(second harmonic generation) 분광실험기기를 제작하고, 두번째 전하 전달을 통제하기 위한 두 물질의 표면 접합 및 각도를 변화하며 전하 전달 상호작용 현상에 관해 탐구하고자 한다.

◼ 전체 내용
본 연구에서 측정하는 수직적 SHG 신호의 세기는 작을 것으로 예상하기 때문에 민감도가 낮은 분광기로는 연구하기에는 큰 한계를 지닌다. 특히 유기물-무기물 이형접합 시스템의 경우 2차원 결정이며 물질의 부피가 최대 1μm2 x 1nm 수준이기 때문에 현미경이 결합된 고감도 마이크로 분광 장치 구성은 필수적이다. 전략적으로 연구를 수행하고자 아래와 같이 단계를 나눠 세부과제를 수행하고자 한다.
a. 고민감도 수직적 편광 시분해 SHG 분광기기 개발
이를 위해 첫 번째로 Lock-in amplifier를 이용한 광전자 증배관 PMT (Photo Multiplier Tube) 및 EOM (Electro optic modulator)을 이용해 Shot-noise 한계 수준까지 발전시킨 최상의 마이크로 분광 장치를 구성할 예정이다. 두 번째로 이러한 장치를 기반으로 본 연구의 핵심인 수직적인 Charge transfer 에 의한 영향 (전기장의 변화)을 확인하고자 Radial polarizer를 사용하여 수직한 방향의 전기장을 생성하고자 한다. 외부 자기장에 의해 수직성분의 SHG 신호가 생길 수 있는 강유전체(Ferroelectric) WTe2 (텅스텐 다이텔러라이드, Tungsten ditelluride)를 이용해 hBN encapsulated back-gate 시분해 실험을 진행해보고자 한다.
b. 광-동역학적 수직 방향 charge transfer 연구
WSe2/MoSe2의 이형접합의 경우에는 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 혹은 HOMO(highest occupied molecular orbital)의 한 곳이 상대 쪽 밴드갭 안에 위치한 Type 2 band alignment (Staggered type)를 이루기 때문에 최대 Valence band와 최소 Conduction band가 서로 다른 물질에 존재한다. 특히 이러한 시스템은 광으로 유발된 전하가 전달이 잘 된다고 알려져 좋은 모델 시스템으로 볼 수 있다. 해당 단계에서는 이형접합 시스템에 수직으로 편광된 빛을 입사시켜 2차원 혼성 결정 시스템의 물질 간의 전하 전달과정에서의 변화를 보고자 한다.
c. 2차원 유기물-무기물 이형접합 시스템의 전하이동 연구
본 연구는 이전 단계(무기물-무기물 사이에서의 전하이동)에서의 경험을 이용해 수직 방향의 빛을 입사시켰을 때 유기물과 무기물의 이형접합 시스템에서의 전하이동 연구를 진행하고자한다. 그리고 이러한 전하이동에 따른 MoSe2의 SHG 신호 변화를 연구할 뿐만 아니라 Pump/Probe를 이용해 Pentacene에 영향을 받은 MoSe2의 SHG 시분해 연구를 하고자 한다.

◼ 1단계
❏ 목표
고민감도 수직적 편광 시분해 SHG 분광기기 개발
❏ 내용
첫 번째로 Lock-in amplifier를 이용한 광전자 증배관 PMT(Photo Multiplier Tube) 및 EOM (Electro optic modulator)을 이용해 Shot-noise 한계 수준까지 발전시킨 최상의 마이크로 분광 장치를 구성할 예정이다. 두 번째로 이러한 장치를 기반으로 본 연구의 핵심인 수직적인 Charge transfer에 의한 영향(전기장의 변화)을 확인하고자 Radial polarizer를 사용하여 수직한 방향의 전기장을 생성하고자 한다. 외부 자기장에 의해 수직성분의 SHG 신호가 생길 수 있는 강유전체 (Ferroelectric) WTe2 (텅스텐 다이텔러라이드, Tungsten ditelluride)를 이용해hBN encapsulated back-gate 시분해 실험을 진행해보고자 한다

□ 연구개발성과
고민감도 수직적 편광 시분해 SHG 분광기기 개발

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
첫번째로 일반적인 SHG 분광기로는 수직적 편광을 유도하기 어렵다는 점과 비교하면 해당 연구에서 제작한 시분해 분광기는 고감도로 수직적 편광빛을 만들 수 있다. 뿐만 아니라 OPO 시스템을 적용한 pump/probe 실험으로 다양한 전자구조를 가진 물질들(WSe2/WS2 이형접합, Fullerene/WSe2 이형접합 등)의 전하 전달에 관해 탐구할 수 있을 것으로 기대한다.
두번째로 최근 2차원 이형접합 시스템의 트랜지스터, 태양전지 등 전자소재로서의 활용성을 제시하는 연구들이 많아지고 있다. 본 연구를 통해 혼성 시스템의 전하 전달의 메커니즘 이해 및 이를 조절할 수 있는 원천 기술을 보유하여 관련 분야에 세계적 선두주자로 자리매김할 수 있으리라 생각한다.
세번째로 새로운 시스템 (유기물-무기물 이형접합)을 연구한다. 유기물-무기물 이형접합의 경우 새로운 특성을 가지는 트랜지스터나 기존의 효율을 뛰어넘는 태양전지 등 다양한 소재로서 활용성이 기대되며 특히 산업적인 측면에서 효과가 상당할 것으로 예상한다. 그리고 또한 유기물과 무기물의 전하 전달의 메커니즘 탐구를 결과를 통해 세계적인 연구성과를 이뤄낼 것으로 기대한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• ㄱ. 연구개발의 필요성 ... 5
• ㄴ. 연구개발과제의 최종목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 8
• 1) 연구수행 결과 ... 8
• 2) 목표 달성 수준 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 9
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 10
• 1) 연구성과 ... 10
• 2) 연구성과 활용계획 ... 10
• 끝페이지 ... 10