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- 이황화몰리브덴 원자층 2차원 물질을 이용한 광소자 개발 가능성 열어
미래창조과학부(장관 최양희)는 “원자층 반도체1)에 빛을 흡수시키면 기존에 관측할 수 없었던 새로운 형태의 반입자(엑시톤 반입자)2)가 나타나 광변환 효율을 저하시킨다는 것이 국내 연구진을 통해 규명됐다”고 밝혔다.
1) 원자층 반도체: 그래핀과 같이 두께가 원자층(작은 원자가 한겹으로 배열)이지만 밴드갭이 있어서 빛의 흡수가 용이한 물질. 대표적으로 MoS2, WS2, MoSe2 등의 전이금속 디칼코게나이드계열의 2차원 물질이 있음.
2) 엑시톤(Exciton) 반입자: 모든 반도체는 빛을 흡수하였을 때 전자와 정공이라는 자유전자를 만들어 내서 전류가 흐를 수 있다. 그러나 특정한 조건에서는 전자와 정공이 매우 강하게 묶여 서로 속박되어 물질 내에서 자유롭게 움직이지 못하게 되어 빛에 의한 전류, 즉 광전류를 만들어 낼 수 없다. 전자기적의 강한 속박력으로 묶여 있는 전자와 정공의 상태를 엑시톤(Exciton) 반입자라고 부른다.
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최현용 교수 연구팀(연세대)은 미래창조과학부 기초연구사업(중견연구자지원사업)지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 2월 25일자에 게재됐다.
논문명과 저자 정보는 다음과 같다.
- 논문명 : 1s-intraexcitonic dynamics in monolayer MoS2 probed by ultrafast mid-infrared spectroscopy.
- 저자 정보 : 최현용 교수(교신저자, 연세대), 차순영 연구원(제1저자, 연세대)
그 동안 학계에서는 광변환 효율이 매우 낮게 보고 되었는데, 그 원인이 무엇인지는 많은 과학자들의 의문이었다. 연구팀은 낮은 광변환 효율이 엑시톤 반입자로 인한 것임을 실험적으로 밝혀냈다.
최현용 교수는“이번 연구는 과학계의 난제 중 하나를 풀어낸 것으로 앞으로 광센서, 광검출기, 태양 전지 등 다양한 광전자 분야에 기여할 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.
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