한국과학기술원-서울시립대, 신개념 2차원 초고속 전자 전이현상 발견

한국과학기술원 물리학과 이상민 교수 연구팀과 서울시립대학교 물리학과 장영준 교수 연구팀이 분자살켜쌓기로 합성한 그래핀과 이차원물질 계면에서의 전자 초고속 전이 현상을 밝혀 효율성 높은 광학소자를 개발할 가능성이 있는 이종접합 구조를 구현했다고 발표했다.

연구 결과는 미국화학회에서 발간하는 나노분야 최상위 국제학술지인 ACS Nano(Impact factor: 14.588)에 3월 19일 ‘Interlayer coupling and ultrafast hot electron transfer dynamics in metallic VSe2/graphene van der Waals heterostructures’이라는 제목으로 게재됐다.

본 연구팀은 분자살켜쌓기(MBE) 증착기법을 사용하여 그래핀 단일층과 VSe2 단층 및 다층의 이종접합 구조의 합성을 성공했고 전자의 운동을 분석했다. 이를 통해 VSe2 안에 여기된 전자의 느린 운동성과 그래핀 안에 전자의 초고속 운동성의 조합으로 계면의 여기된 전자가 VSe2에서 그래핀으로 100 펨토초(fs) 이내의 속도와 아주 높은 효율성(96%)를 가지고 초고속 전이함을 밝혀냈다.

이상민 교수와 장영준 교수, 박태관 대학원생, 최병기 대학원생은 “본 연구를 통해 구현한 이 그래핀/이차원물질 이종접합 구조는 효율적인 전이가 가능한 광학소자 응용의 새로운 방향”이라며 “앞으로의 광전자에너지, 광촉매, 비선형 광학계와 같은 분야에 응용할 수 있을 것”이라고 예측했다.

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실 사업, 중견연구자지원사업 및 해외대형 연구시설 활용 연구지원 사업의 지원으로 수행됐다.