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50 공업화학 전망, 제16권 제1호, 2013
러나 그래핀을 차세대 반도체 디바이스로서 응용하기 위해서는 본질적으로 금속인 전자상태를 반도체화 시킬 필요가 있다. 본 연구팀은 2층의 그래핀에 대해 연직방향으로 전계를 가함으로써 그래핀을 반도체화 할 수 있는 사실에 착안, 2층 그래핀의 상하 면을 각각 양이온 분자, 음이온 분자를 이용하여 피막하고, 양 이온 분자와 음이온 분자에 의한 샌드위치 구조를 구축함으로써, 이온성 분자 간에 생기는 전위차에 의한 2층 그래핀의 반도체화가 가능하다는 것을 나타냈다. 또 양이온 분자와 음이온 분자의 조합에 의해 반도체 화된 2층 그래핀의 전도 특성을 n형 또는 p형으로 제어할 수 있음을 이론적으로 제시하였다.
본 연구 결과는 뛰어난 전기전도 특성을 갖는 그래핀을 이용한 반도체 디바이스의 실현, 설계에 있어 중 요한 성과로 기대된다. 본 연구 성과는 2012월 12월 4일 미국 응용물리학회지 ｢Applied Physics Letters｣
의 온라인 판에 게재되었다(※ 발표논문 참조).
※ 발표논문 : Nguyen Thanh Cuong, Minoru Otani and Susumu Okada, “Electron-state engineering of bilayer graphene by ionic molecules”, Applied Physics Letters, published online 4 December 2012. DOI: 10.1063/1.4769098
Figure. 진성 반도체가 되는 이온성 분자 도포 2층 그래핀의 구조와 전자 상태.
출처 : 2012.11.30. AIST(http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121130/pr20121130.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)
교토대학, 분자의 흡착 상태를 ‘기억’하고 ‘소거’하는 나노 세공 물질을 발견
- 메조 영역에서 다공성 구조체의 유강(柔剛)을 제어 -일본 교토대학(京都大學) 기타가와 스스무(北川進) 교수(물질-세포통합시스템거점(iCeMS) 거점장 겸임), 후루카와 슈헤이(古川修平) iCeMS 교수, 사카타 요코 고베대학(神戸大學) 조교 등의 연구 그룹은 다공성 구조체의 결정 크기를 메조스코픽(mesoscopic) 영역까지 작게 함으로써 분자를 받아들인 상태의 구조를
‘기억’하고 가열에 의해 ‘소거’가 가능한, ‘형상 기억 나노 세공’의 합성에 성공했다. 물질의 크기에 의해 세 공 기능이 변화되는 것을 다공성 재료에 있어 나타낸 것은 세계 최초이다.
무기화합물은 크기에 의해 완전히 다른 기능이 드러나는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 금은 우리가 보
KIC News, Volume 16, No. 1, 2013
KIC News, Volume 16, No. 1, 2013 51 는 상태에서는 금빛으로 반짝이지만, 그 크기를 수 나노미터(금 나노 입자)까지 작게 하면 적색으로 변한 다. 이 적색은 예로부터 스테인드 글라스 등의 착색제로서 이용되었다. 이 ‘크기의 효과’는 전자의 움직임 에 유래한다. 한편, 분자의 움직임에 유래하는 현상에 있어 크기의 효과는 전혀 알려지지 않았다.
이번 연구에서는 유기물과 무기물로 이루어지는 ‘다공성 금속착체’(PCP 또는 MOF)라는 나노 세공을 갖 는 결정성 다공성 재료를 이용하여 분자의 움직임에 유래하는 사이즈 효과를 세계 최초로 발견했다. PCP 중에서도 분자를 받아들일 때 나노 세공 구조를 변화시키는 플렉시블 PCP에 주목했다. 이 화합물은 분자 를 흡착하기 전에는 나노 세공이 닫힌 구조이지만, 분자를 흡착하면 나노 세공이 열린 구조로 변화되며 분 자를 제거하면 또 닫힌 구조로 되돌아간다. 이 플렉시블 PCP의 결정 크기를 수 마이크로 미터~수십 나노 미터(메조스코픽 영역)까지 작게 하면, 분자를 흡착한 나노 세공이 열린 구조로부터 분자를 제거해도 닫힌 구조로 되돌아가지 않고 열린 구조를 ‘기억’하고 있는 것을 알게 되었다. 또 열린 구조를 가열에 의해 닫은 구조로 되돌리는 작업에도 성공하여, 분자의 흡착 정보를 나노 세공 구조에 의해 ‘기억’하고 ‘소거’할 수 있 는 형상 기억 나노 세공을 합성하는 것이 가능해졌다. 본 연구에 의해 다공성 재료 이외 단백질 결정, 유기 폴리머 결정 등 유기결정 중에서의 분자 움직임에 관한 연구와 분리 기술의 개발에 기여할 것으로 기대된다.
본 연구는 JST 전략적 창조 연구 추진 사업 ERATO형 연구 ｢기타가와 통합 세공 프로젝트｣의 일환으로 이루어졌다. 본 성과는 2013년 1월 11일 미국 과학지 ｢Science｣에 게재되었다(※ 발표논문 참조).
※ 발표논문 : Yoko SAKATA, Shuhei FURUKAWA, Mio KONDO, Kenji HIRAI, Nao HORIKE, Yohei TAKASHIMA, Hiromitsu UEHARA, Nicolas LOUVAIN, Mikhail MEILIKHOV, Takaaki TSURUOKA, Seiji ISODA, Wataru KOSAKA, Osami SAKATA, Susumu KITAGAWA,
“Shape Memory Nanopores Induced in Coordination Frameworks by Crystal Downsizing”, Science, 11 January 2013. DOI: 10.1126/Science.1231451
Figure. 개념도.
출처 : 2013.01.11. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20130111/index.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)