포스텍 류순민 화학과 교수 연구팀
결정 특성 분석해 구조·배열 규명
층내·층간 엑시톤 상호작용 확인
최근 국제 학술지 네이처에 게재
결정 특성 분석해 구조·배열 규명
층내·층간 엑시톤 상호작용 확인
최근 국제 학술지 네이처에 게재
포스텍은 류순민(사진) 화학과 교수 연구팀이 2차원 유기 분자 결정의 층상구조를 만들고 층내·층간 엑시톤의 상호작용을 확인하는 데 성공했다고 1일 밝혔다.
2차원 유기 분자는 플렉서블 디스플레이 등 차세대 반도체 사업에서 주목받고 있는 소재로 다양한 산업에서 2차원 유기 분자를 활용하기 위해서는 결정 내 엑시톤 특성을 이해하는 것이 매우 중요하다.
하지만 유기 분자들이 모이면 일정한 형태 없이 덩어리로 뭉쳐버리기 때문에 그동안 엑시톤에 대한 연구 진행에는 한계가 있었다.
이번 연구에서 연구팀은 육각형 형태의 질화붕소를 거푸집으로 사용해 유기 분자를 2차원 결정 형태로 쌓아 올린 층상 구조를 만들었다. 전기가 흐르지 않는 절연 소재인 질화붕소를 거푸집 삼아 육각형 형태로 2차원 유기 분자 결정을 찍어내고 이 결정들을 층층이 쌓아 올리는 데 성공한 것이다.
연구팀은 2차원 유기 분자 결정이 빛을 흡수하는 정도와 전자를 회절시키는 패턴을 분석해 결정의 구조와 배열을 규명했다. 그리고 층층이 쌓아 올린 2차원 유기 분자 결정을 원하는 층수(두께)만큼 분리, 층내·층간 엑시톤의 상호작용을 확인했다.
단일 층에서는 온도가 낮아질수록 분자들 진동이 줄어들면서 안정적 환경이 만들어졌다. 이로 인해 결정 내에 있는 엑시톤은 상대적으로 더 멀리 있는 엑시톤과도 상호작용이 가능했으며 형광 에너지 변화를 통해 이를 확인했다. 또 여러 층이 쌓일수록 층간 엑시톤들의 섞임 현상으로 분자 쌍극자 총 방향이 계속 변화했고 결정 두께가 일정 수준 이상 두꺼워지면 분자 쌍극자 방향이 더 이상 변하지 않고 한 방향으로 수렴했다.
온도와 층상 구조 두께에 변화를 주면 엑시톤 간 상호작용을 제어할 수 있었다.
이 연구는 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 최근 게재됐다.
이상호기자 ish@idaegu.co.kr
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