초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 2017년 시작하여 2021년까지 진행된 선행 중견연구의 후속연구로서, 선행 연구를 통해 성공적으로 초기개발이 완료된 다공간 제한탐색 밀도범함수론(multi-space constrained-search density functional theory; MS-DFT)를 확장개발 하는 연구이다. 본 연구에서 우리 연구진은 먼저 (1) 전압이 인가된 소자 내 채널 영역의 자유에너지 이론 확립 및 계산 방법론 개발을 완료하였고, (2) MS-DFT 계산에 진보된 교환-상관 범함수(exchange-correlati

□ 연구개요
본 연구는 2017년 시작하여 2021년까지 진행된 선행 중견연구의 후속연구로서, 선행 연구를 통해 성공적으로 초기개발이 완료된 다공간 제한탐색 밀도범함수론(multi-space constrained-search density functional theory; MS-DFT)를 확장개발 하는 연구이다. 본 연구에서 우리 연구진은 먼저 (1) 전압이 인가된 소자 내 채널 영역의 자유에너지 이론 확립 및 계산 방법론 개발을 완료하였고, (2) MS-DFT 계산에 진보된 교환-상관 범함수(exchange-correlation functional) 근사법을 도입하여 비평형상태 시스템의 정확한 전자구조를 예측하는 기술을 확보하였다. 나아가 확보된 기술들을 이온수송 및 전하수송 특성을 동시 고려해야 하는 (3) 차세대 메모리 소자 및 촉매/배터리 등 에너지 소자 연구에 응용하여 관련 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[정성적 연구결과]
(1) MS-DFT 이론 기반 채널 영역의 전기 엔탈피 이론 및 적용 기술 개발 검증
- 대전된 전극 위 단일 물분자 거동 및 2차원 소재 내 결함 생성 연구
(2) 이온 수송 특성 전산모사를 통해 전압이 인가된 소자 연구
- 전압이 인가된 리튬-이온 배터리, 강유전체 메모리 (ferroelectric random access memory; FeRAM)등 소자 구동 원리 연구
(3) MS-DFT 기반 제1원리 분자동역학(ab initio molecular dynamics: AIMD) 계산
- 대전된 전극 계면에서의 물분자들의 거동 및 전기이중층(electric double layer) 형성 연구
(4) MS-DFT 계산에 진보된 교환-상관 범함수 근사법 도입
- 기존의 부정확한 에너지 레벨을 효율적으로 교정하고 이를 덩어리(bulk) 물질(Si, Ge)등으로 검증하고, 이를 전압이 인가된 그래핀 전극 기반 소자에도 적용하여 향상된 양자수송특성을 도출함

[정량적 연구결과]
달성된 연구 결과를 바탕으로 수행 연구 기간 동안 상위 5% 이내 학술지 2건, 상위 10% 이내 학술지 2건 등 총 4편의 국제 학술지 게재를 도출함으로써 제안한 정량적 목표치를 달성하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 도출되는 비평형계의 정확한 에너지와 에너지레벨을 도출하는 MS-DFT 방법론은 변분적인 DFT 체계 내에서 비평형 그린 함수(non-equilibrium Green’s function;NEGF)의 이론적인 한계를 뛰어넘으며 세계 최초로 비평형상태의 전자/원자구조를 정확히 동시 기술하는 획기적인 제1원리 계산 체계를 구축한다는 과학적인 의미를 지닌다. 무엇보다 본 연구에서는 이론의 개발에 그치지 않고 방법론을 소프트웨어로 구현하기 때문에, 목표가 달성되면 이는 국내에서는 거의 전무했던 제1원리 전자구조계산 방법론/소프트웨어 개발의 성공적인 사례가 되어 국내 관련분야 연구수준 및 위상의 도약에 기여할 수 있을 것이다. 특히 전극계면 특성의 원자수준 탐구와 비평형상태의 정확한 에너지/에너지 레벨의 전산모사가 가능해지면 다양한 차세대 소자의 설계 및 구현을 위한 가이드라인을 제시할 수 있어 국가 산업 경쟁력에도 크게 이바지할 수 있을 것이며, 실험분야 연구자들과의 활발한 연구 공조도 가능해질 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 동기 및 연구 가설 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• (1) 연구 내용 ... 8
• (2) 연구 추진전략 ... 9
• (3) 연구 방법 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• (1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• (2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• (3) 목표 달성 수준 ... 16
• (4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 1) 연구개발성과의 활용분야 및 타연구에의 응용 ... 17
• 2) 추가연구의 필요성 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 27
• 끝페이지 ... 41