초록 ▼

□ 연구개요
○ 원자층 두께를 갖는 반데르발스 자성박막은 최근 가장 많은 관심을 받고 있는 양자물질로서 이론으로만 알려져 있던 공간차원과 스핀차원에 따른 다양한 자기상전이 현상을 실험으로 증명할 수 있는 토대를 제공해 주며, 반데르발스 디바이스를 이용한 스핀트로닉스 분야에 적용됨. 본 과제에서는 새로운 2차원 후보물질로서 벌크 상에서 준 2차원 구조를 갖는 유무기 페로브스카이트를 자기조립이라는 화학적 박리를 이용하여 자성을 갖는 단원자층 신물질을 발굴하고자 함.

○ 기존에 사용되었던 랭뮤어-블라젯 기법의 한계를 극

□ 연구개요
○ 원자층 두께를 갖는 반데르발스 자성박막은 최근 가장 많은 관심을 받고 있는 양자물질로서 이론으로만 알려져 있던 공간차원과 스핀차원에 따른 다양한 자기상전이 현상을 실험으로 증명할 수 있는 토대를 제공해 주며, 반데르발스 디바이스를 이용한 스핀트로닉스 분야에 적용됨. 본 과제에서는 새로운 2차원 후보물질로서 벌크 상에서 준 2차원 구조를 갖는 유무기 페로브스카이트를 자기조립이라는 화학적 박리를 이용하여 자성을 갖는 단원자층 신물질을 발굴하고자 함.

○ 기존에 사용되었던 랭뮤어-블라젯 기법의 한계를 극복하기 위해 용액기반 스핀코팅기법으로 수 층 두께의 유무기 페로브스카이트 자성체 박막을 합성함

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 벌크 2차원 유무기 페로브스카이트 (유기물-전이금속-할로겐 화합물) 합성

-Solvent evaportation기법으로 수 mm크기의 고순도 유무기 페로브스카이트 단결정 PEA₂CuCl₄ (Cu-PEA)와 PEA₂MnCl₄ (Mn-PEA)합성

-열분석 (DCS, TGA), X선 반사율 및 BFDH crystal morphology calculation

○ 박막합성 시 가스치환, 상대습도 제어시스템 구축

- 시료 합성 시 상대습도를 배제하기 위해서 스핀코터가 들어있는 글러브박스(기보유)에 자동가스치환 장치와 가스공급라인을 추가함

○ 박막 구조측정 시 상대습도 제어시스템 구축

- 기존 보유하고 있는 엑스선반사율(XRR)측정장치에 실시간으로 상대습도(30~99%)를 제어할 수 있는 시스템을 연결하여 XRR 측정시 실시간으로 제어 가능함

○ 스핀코팅 변수에 따른 2차원 유무기 페로브스카이트 박막의 합성 조건 최적화 (XRR, 단면 TEM, SEM, AFM 이용 구조 분석)

- Binary co-solvent 기법을 이용한 화학적 박리 및 스핀코팅을 통해 실리콘 기판위에 자기조립된 수 원자층 두께의 Mn-PEA 및 Cu-PEA 박막 합성 성공.

○ 자성을 갖는 대면적 단위포 두께의 유무기 페로브스카이트 박막 합성 (SQUID이용 자성 분석)

- 벌크와 동일한 자기상전이를 보이는 3.5 단위포 두께의 Cu-PEA 강자성 박막 합성 성공
- short-range AF ordering을 보이는 5.0 단위포 두께의 Mn-PEA 합성 성공.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 유기물-금속-할로겐화합물은 태양전지, 전기발광소자에서 두각을 나타내고 있는 차세대 신물질로서 전이금속으로 치환할 경우 저차원 스핀구조를 가지며, 단위포 두께의 2차원자성체를 합성할 경우 강자성 또는 반강자성 특성을 갖는 새로운 스핀정보물질로서 광자기센서, 광제어 스핀 트랜지스터, 광자기정보매체등 다양한 스핀트로닉스분야에 적용될 수 있다.

○ 본 과제를 통해 발견한 자성을 갖는 단위포 두께의 유무기 페로브스카이트 박막은 이제까지 이론으로만 예측된 새로운 2차원 단원자층 유무기 신물질로서 벌크 상에서 준 2차원 자기구조를 갖고 있는 매우 다양한 스펙트럼의 신물질들에 대한 후속 연구 및 새로운 물성 발현으로 이어지는 선도적 연구로 자리매김할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 최종 목표 ... 4
• 1-2. 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 1-3. 연차별 연구개발목표 및 세부범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 벌크 2차원 유무기 페로브스카이트(유기물-전이금속-할로겐 화합물) 합성 ... 5
• 2-2. 박막합성시 상대습도 제어시스템 구축 ... 7
• 2-3. 박막 구조측정시 상대습도 제어시스템 구축 ... 8
• 2-4. 스핀코팅 변수에 따른 2차원 유무기 페로브스카이트 박막의 합성 조건 최적화 ... 8
• 2-5. 자성을 갖는 대면적 단위포 두께의 유무기 페로브스카이트 박막 합성 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 28