충남대 최민섭 교수, 그래핀을 위한 고품질 양극성 전하이동 도핑 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 충남대학교 신소재공학과 최민섭 교수, 미국 컬럼비아대 김세윤(Brian Kim) 박사, Aaron J. Sternbach 박사, Dmitri N. Basov 교수 연구팀이 2차원 산화막 형성을 통한 그래핀의 양극성 전하이동(ambipolar charge-transfer) 도핑 기술을 개발했다.

이번 연구 결과는 재료 분야 최고 권위지인 ‘Nature Materials’(IF: 47.656, 상위 1% 이내)에 3월 30일자로 온라인 게재됐다. 이번 연구는 최민섭 교수가 공동 제1저자로 참여했다.(논문 제목: Ambipolar charge-transfer graphene plasmonic cavities)

최근 그래핀과 같은 2차원 소재가 차세대 첨단 소재로 각광 받고 있지만, 원자층이 쉽게 손상될 가능성으로 인해 기존의 이온주입법과 같은 도핑 방법을 활용할 수 없다는 한계점이 있다.

이에 공동 연구팀은 그래핀 위에 전이금속디칼코게나이드(transition metal dichalcogenides)를 적층하고, UV 오존으로 산화막을 형성함으로써 그래핀에 손상을 주지 않고 고농도로 도핑할 수 있는 기술을 개발했다.

최초로 ‘WSe2’와 ‘ZrSe2’를 산화공정을 통해 산화막을 형성해 그래핀의 양극성 전하이동 도핑 효과를 확인했으며, 다양한 반도체 및 절연층을 중간층으로 삽입해 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton)을 관찰하고, 이의 파장을 효과적으로 조절했다.

또한, 나노임프린팅 기술을 통해 원하는 모양으로 약 100nm의 매우 작은 플라즈몬 cavities 형성과 whispering-gallery 모드를 관찰함으로써 그 창의성과 기술력을 입증했다.

최민섭 교수는 “이번에 개발한 도핑 기술은 그래핀뿐만 아니라 다양한 나노 소재에 적용될 수 있는 범용적이고 고품질의 도핑 기술로 향후 다양한 나노전자 및 나노플라즈모닉 소자 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.