화공신소재공학전공 학부·대학원생팀 연구 성과 SCIE급 국제학술지 게재
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- 등록일2022.06.08
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나노 방사광빔 이용한 2차원 물질 상전이 현상 최초 규명
학부생 대상 실습 교과목을 통해 대학원생 멘토와 공동연구 성과
엘텍공과대학 화공신소재공학전공 4학년 임은지 씨와 BK21 4단계 시스템헬스융합전공(단장 권오란) 대학원생 이하흔, 강서희(지도교수 조수연) 씨는 대만 국립 가속기 연구소(National synchrotron radiation research center, NSRRC)의 치앙(Chiang) 박사팀과의 공동연구를 통해 나노 방사광빔을 이용한 2차원 물질의 상전이 현상을 연구한 결과를 발표했다.
한국연구재단 해외대형연구시설활용 연구지원사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 「다형성을 가지는 저차원 물질 Mo1-xWxTe2의 가장자리에서 관측되는 국소 상전이 현상 연구(Local phase transition at crack edges of Mo1-xWxTe2 polymorphs)」라는 제목으로 SCIE급 국제학술지 <응용표면과학(Applied Surface Science, IF=6.707, JCR 상위 4.76%)> 온라인 판에 게재됐다.
(왼쪽부터) 논문 공동 1저자로 참여한 이하흔, 임은지, 강서희 씨
2차원 물질에서 일어나는 구조 상전이 현상은 외부 환경으로 인한 반도체와 도체 간의 가역적인 전환을 가능하게 하여 학계에서 크게 주목받고 있다. 반도체와 도체 간의 가역적 전환이 가능한 경우 여러 물질 조합으로 탄생하는 반도체 소자를 한 물질로도 만들 수 있어 응용 가능성이 주목을 받고 있다. 그렇지만 원자 몇 층 두께밖에 안 되는 아주 얇은 물질에서의 상전이 현상을 실험을 통해 파악하는 것에는 어려움이 있었다.
화공신소재공학전공 연구팀은 수 나노두께의 얇은 Mo1-xWxTe2 합금 시료에서의 반도체 구조와 금속 구조상 사이의 상전이를 방사광을 이용한 나노 엑스선 회절 및 현광 분광법(nano X-ray diffraction, nano X-ray fluorescence)을 이용해 나노 단위의 물성 분석을 수행했다. 이를 통해 합금 형태로 시료를 합성할 경우 상전이 임계점에서 텅스텐(W)의 분포가 불균일해지는 것을 확인했고 텅스텐의 함량이 많을수록 상전이시 필요한 에너지가 작아질 수 있음을 확인했다. 연구팀은 이러한 2차원 물질에서의 치환 원소가 구조 상전이 현상에 미치는 영향을 규명했으며, 이는 에너지 변환 및 광전자 장치 등 넓은 범위에 사용되는 2차원 물질의 응용 가능성을 보다 확장시켜줄 것으로 기대한다.
특히 이 연구는 화공신소재공학전공에서 개설되는 계절학기 수업인 <화학신소재공학 고급 실험> 교과목에서 임은지 씨가 주도적으로 참여해 대학원생 멘토 이하흔, 강서희 씨와 함께 논문으로 발전시킨 사례이다. <화학신소재공학 고급 실험>은 전임 교원의 연구실에서 방학동안 교수 지도하에 주도적으로 연구를 수행하는 실습형 교과목으로 이 수업을 통해 학생들이 자기주도적 연구를 수행하고 국제 학회 발표 및 학사 졸업 논문 발표를 하는 등 훌륭한 성과가 이어지고 있다.
학부생으로 연구에 참여한 임은지 씨는 “대학원생 선배와 교수님의 지도 덕분에 ‘고급 실험’ 교과목에서 시작한 연구를 논문으로 발전시키게 되어 매우 뜻깊고 뿌듯한 생각이 들고 앞으로도 더 많은 연구를 해보고 싶다”고 말했다. 대학원생 멘토인 이하흔 씨는 “함께 팀을 이뤄 해외 연구 기관과 공동 연구를 진행할 수 있는 좋은 기회를 통해 의미 있는 결과를 얻어 뿌듯했다”고 전했다. 시스템헬스융합전공 석사과정을 마치고 현재 세계적 반도체 기업인 ASML Korea에 재직 중인 강서희 씨는 “계절학기 수업인 ‘고급 실험’에서 시작된 이 연구는 학부생과 대학원생, 그리고 대만 연구팀이 함께 노력하여 얻은 성과로, 해외 연구시설을 경험하면서 다양한 연구진들을 만나 생각을 나눌 수 있었던 잊을 수 없는 경험이었다”고 말했다.