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유전성 영동에 의한 분자배향

전문가 제언: ○ 최근 우리나라 전자산업이 급속히 발전되면서 단일 분자를 최소 기능 구성요소로 한 메모리 및 회로를 구성 하고자, 대학 및 연구소에서 분자배향에 대한 연구를 활발히 추진하고 있다. 단일 분자 기능을 발현시켜 이용하기 위해서는 전극-분자-전극을 기본 구조로 한 분자의 특정 장소 및 특정 방향으로 배치하는 배향기술이 있어야 한다. 지금까지의 기술은 나노캡 전극 사이에 분자를 배치할 수 있는 특별한 방법이 없고, 캐스트 등에 의한 화학적 흡착을 하고 있으며 이는 배향 제어성이 떨어지고 있다. 앞으로는 전기영동에 의한 분자배향 제어방법으로 시료분자를 용해, 분산시킨 용액을 대향 전극 사이에서 전압을 가하여 선택적으로 배향시키는 기술을 확립할 필요가 있다.

○ 전기영동방법은 배향시키고 싶은 기능성 분자를 함유한 용액에 마이크로파 정도의 교류전류 주파수를 가함으로써, 분자에 유기 쌍극자가 생겨 구동력이 일어나게 된다. 이때 분자 내 유전율에 의한 이방성이 생기게 되어 분자 방향을 제어할 수 있게 된다. 그리고 전극 사이로부터의 분자영동은 전장 집중이 일어나는 대향 전극 쪽이 유리하며, 분자 유전율이 용매 유전율보다 커지는 방향으로 배향하게 된다. 따라서 유전율의 차이가 충분히 클 수 있도록 용매 및 적절한 전장 주파수를 선택하거나, 분자를 균일하게 용해하거나, 또는 분산시킬 수 있는 용매를 선택하는 것도 매우 중요하다.

○ CNT(카본 나노튜브)는 이상적인 1차원의 양자 세선으로 차세대 반도체 재료로 잘 알려져 있다. 그리고 전극 간 배향한 SWNT(단층 나노튜브)를 사용하여 CN-FET(탄소 나노튜브-전계효과 트랜지스터) 제작 시는 SWNT의 가교에 있어서 용액 농도 및 적하하는 용액량을 조절함으로써 실현시킬 수 있고, 가교된 SWNT 시료는 금속적인 것이 대부분이지만 반도체적인 SWNT가 가교되었을 때는 CN-FET로 동작될 수 있다. 또한 유전영동에 의해 전극 사이에 분자배향이 효율적으로 되면, 분자 크기의 전기 특성을 평가할 뿐만 아니라 분자 크기의 전자 실현 쪽으로도 크게 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.

저자: Yuji Miyato, Hirofumi Yamada
자료유형: 학술정보