서울대학교는 11일 신소재공동연구소 이건도 연구교수와 재료공학부 윤의준 교수, 주영창 교수 팀이 그래핀 물질 내에 존재하는 구조 결함을 빠르게 정상 구조로 변환시키는 매개원자(mediator atom)의 존재와 역할을 규명했다고 밝혀. 

이 연구 결과는 세계적 학술지인 Science의 자매지인 Science Advances 6월 10일(현지시간) 온라인 판에 ‘Direct Observation and Catalytic Role of Mediator Atom in 2D Materials’라는 제목으로 게재.

그래핀은 이차원 물질. 이차원 물질에 존재하는 구조 결함은 물질의 성능을 저하시키는 요인, 전기전도도가 떨어지는 것이 대표적인 예.

그래핀의 경우 이 구조 결함의 변화가 탄소와 탄소 원자의 회전에 의해 일어난다고 알려져 있었으나. 서울대 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 이용한 전산 모사 결과, 기존 회전에 의한 변환보다 매개 원자에 의해 1/5 정도 작은 에너지에도 쉽게 구조 결함의 변환이 일어날 수 있음을 확인.

그래핀에서 빈자리(vacancy) 혹은 여분의 탄소 원자가 존재하는 경우 불완전한 결합. 이 불완전한 탄소 원자는 그래핀 위에서 빠르게 움직이며 다른 탄소와의 결합을 끊고 연결하는 역할을 반복하면서 안정된 정상 구조로 변화.

이 연구는 영국 옥스포드대 Alex Robertson 박사와 미국 텍사스 대학교 Jamie Warner 교수 그리고 일본 AIST에 Kazu Suenaga 박사 등 투과 전자 현미경 그룹과 공동연구를 통해 이 매개 원자의 존재를 실험적으로도 입증.

이 연구는 불완전한 탄소 원자가 그래핀 위를 빠르게 움직이며 구조 결함을 안정적인 구조로 변환시키는 매개 원자의 역할을 하는 것이 이론적, 실험적으로 동시에 입증된 것에 의미.

이건도 연구교수

“매개 원자 메커니즘을 이용하면 더 좋은 성능의 이차원 물질을 제작할 수 있을 뿐 아니라 구조 결함을 제어하여 특별한 성능의 전자 소자로의 응용도 가능하게 될 것”