금속·비금속 초격자에서 전자·격자 상호작용 제어에 대한 모식도(지스트 제공)/뉴스1

지스트(GIST·광주과학기술원)는 금속과 비금속으로 이루어진 초격자구조에서 원자 수준의 정밀한 제어를 통해 전자와 격자 간 상호작용의 세기를 자유롭게 제어하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.   

이종석 교수(물리·광과학과)연구팀이 성균관대학교 최우석 교수(물리학과) 연구팀과 공동수행한 이번 연구성과는 재료과학 기초·응용연구 분야의 세계적인 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 4월 13일 온라인 게재됐다.     전자와 격자 간 상호작용은 고체 내부에서 일어나는 기초적인 작용으로 초전도성과 같은 전자의 물리적 성질과 열전소자, 광전소자의 성능을 결정하는 데 큰 역할을 한다.    

미래 소자의 효율을 높이려면 이 상호작용의 세기를 증대해야 하는데 전자와 격자 간 상호작용의 강도는 물질마다 지닌 고유한 성질로 인해 인위적 조절이 어려울 뿐만 아니라 정량적으로 측정하기도 쉽지 않다.     

연구팀은 인공복합구조물 각 층의 두께 및 반복되는 횟수를 원자단위로 정밀하게 조절하는 데 성공, 전자와 격자 간의 상호작용의 세기를 최적의 조건에서 300배 이상 증가시킬 정도로 자유롭게 제어할 수 있었다.     인공복합구조물은 금속산화물인 스트론튬 루테늄산염(SrRuO3)과 비금속산화물인 스트론튬 티탄산염(SrTiO3)을 결합시킨 초격자 형태로 제작됐다.     

연구팀은 이 금속산화물과 비금속산화물의 두께 및 반복되는 횟수를 조절해 두께가 얇을수록, 반복되는 횟수가 많을수록 상호작용의 세기가 증가했다.     

연구팀은 금속산화물 내 2차원 상태 전자와 초격자 간의 상호작용에 의해서도 상호작용의 세기가 크게 증가할 수 있음을 밝혀냈다.     

이종석 교수는 "물질의 고유한 성질인 전자와 격자 간 상호작용의 세기를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 이를 크게 향상시킬 수 있음을 밝혀냈다"며 "이 연구는 열전소자나 광전소자의 작동속도와 효율성을 근본적으로 개선시킬 새로운 플랫폼을 제시, 미래 광전소자와 열전소자의 에너지 효율 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 라고 말했다.


kanjoys@news1.kr