[충청신문=대전]정은모 기자= 기초과학연구원 원자제어저차원전자계연구단의 부연구단장 조문호 연구팀은 서로 다른 2차원 소재를 접합해 새로운 광학적 특성을 밝혀, 고성능 2차원 광소자를 개발할 수 있는 가능성을 높였다고 13일 밝혔다.

연구팀은 단일 원자층으로 이뤄진 이황화몰리브덴(MoS2)과 이황화텅스텐(WS2)간의 상대적 결정 방향을 조절함으로써 가시광선을 흡수·방출할 수 있는 특성을 구현했다. 2차원 소재의 광학적 특성을 제어하는데 성공함으로써 2차원 발광체, 레이저, 광검출기 등 고성능 광소자에 응용할 수 있는 단초를 제공했다.

2차원 원자층 물질은 여러 개 원자층으로 이루어져 있으며, 단일 원자층으로 존재할 때 새로운 물리적 현상을 관찰할 수 있다. 탄소 원자 한 개 층으로 이뤄진 그래핀이 대표적이다.

이어 2차원 소재들은 저마다의 결정방향이 있다. 두 원자층 소재를 종이를 겹치듯 적층구조로 쌓았을 때 상대적인 회전각도을 일치시키면 상호작용이 강해지고 전자·광소자 활용 가능성이 커진다. 특히 나노미터 두께에도 불구하고 빛의 10% 이상을 흡수할 수 있어 광소자로서 성능을 크게 높일 수 있다. 연구진은 새로운 공정을 개발하여 이황화몰리브덴과 이황화텅스텐의 원자층 간 회전각도를 일치시키는데 성공했으며, 우수한 물리·화학적 특성 덕에 차세대 전자소자로 주목받고 있다.

연구팀이 만든 적층 구조는 빛을 흡수하고 방출하는데 있어 전자의 운동량이 커 전자의 전달 효율이 높다는 특징이 있어, 기존의 방식과는 다른 방식을 이용해 적층 구조를 만들었다.

조문호 부연구단장은 “두 원자층 간 결정 방향을 조절하면 새로운 파장의 빛을 흡수하고 방출하는 특성을 제어할 수 있음을 최초로 규명한 것”이라며 “앞으로 다양한 광물리 현상 연구가 가능할 것으로 기대된다. 눈으로 볼 수 있는 빛의 영역인 가시광선의 빛을 흡수·방출하기 때문에 앞으로 2차원 광소자의 성능을 크게 높일 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다.