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흑연의 액상 박리작용을 이용한 흑연단원자층의 대량생산

전문가 제언: ○ 이상적인 2차원의 물질로 단원자 층 평면을 들 수 있는데, 이를 실제로 구현하게 한 물질이 흑연이다. 2004년 영국 Manchester 대학 Geim group에서 처음으로 테이프를 이용해 층 구조로 이루어진 흑연의 단원자 층을 떼어내고 같은 해 미국 Columbia 대학 Kim group에서 경쟁적으로 구현해 냄으로써 2차원 물질의 실험적 구현이 가능해졌다.

○ 2차원의 물질, 즉 단원자 층 평면은 실제로 열역학적 관점에서 안정적으로 존재하기 어려우나, 흑연 단원자 층의 경우 기판위에 옮겼을 때 잔물결을 이루면서 안정적인 존재가 가능하다. 이로써 0차원의 원자나 분자, 1차원의 나노 선이나 나노 튜브와 더불어 저차원 물리의 실제 연구와 응용이 학계와 산업체 양측에서 각광받기 시작했다.

○ 흑연 단원자 층 역격자 K 지점의 전하는 질량이 없는 광자처럼 행동하여 Dirac 방정식을 만족시키며 속도는 빛의 1/1000정도이고, 상온에서 금속에 가깝게 높은 평면상 전기전도도와 빛 투과율을 보이는 등 낮은 에너지의 물질계에서 볼 수 없었던 특이한 현상을 보여, 전기, 광학, 기계 등 여러 분야에서 도전할만한 새로운 소재로 여겨진다.

○ 불순물에 의해 흑연 단원자 층의 전기 자기적 성질을 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 반도체 에너지 밴드갭을 조정함으로써 실리콘 기반의 전계효과트랜지스터 등의 반도체소자를 대체할만한 재료 중 하나가 된다. 여기서 전하 트랩에 의해 평면의 성질이 불균일해지는 현상도 연구되어야할 소재이다.

○ 흑연 단원자 층을 실제 산업에서 응용하기 위해서는 균일한 양질의 시료를 반복적으로 대량생산할 수 있어야 한다. 나노 튜브를 비롯한 많은 나노 물질들 가운데 이러한 대량생산의 어려움으로 사장산업이 된 경우가 많다. 테이프로 뜯어내거나 기계적으로 긁어내는 방법은 균일한 결과의 제어가 어려우므로, 화학적으로 분리해 내거나 일정한 조건에서 길러내는 방법 등이 더 모색되어야 한다.

저자: Yenny Hernandez, et.al.
자료유형: 학술정보