- 작성일
- 2020.12.03
- 수정일
- 2020.12.03
- 작성자
- 물리학과
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변진호 대학원생 Materials Today Physics 제1저자 게재
변진호 대학원생 Materials Today Physics 제1저자 게재
제일원리 계산을 통한 산화물 초격자 계면에서
two dimensional electron gas 제어 메커니즘 규명
□ 최근 산화물 성장 기술의 비약한 진보로 인해, 원자 수준 (atomic scale)에 이르기까지 명확하게 계면이 정의되는 산화물 초격자 및 이종접합 (heterostructure)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 물질의 양자 상태를 규정하는 charge, spin, orbital, lattice, topology 등, 자유도 (degree of freedom) 들간 강한 상호작용 (interaction)과 결합 (coupling)으로 인해 기존에는 발견되지 않던 새로운 양자 현상들이 접합 계면에서 보고되고 있다.
[그림1] Nb:STO/STO 계면에서 양이온 공공 의한 2DEG 제어 현상.
□ 부산대학교 이재광 교수 (이론)와 성균관대학교 김영민 교수 및 삼성종합기술원 (실험) 공동협력연구를 통해, n-type 특성의 Nb-doped SrTiO3 (STO)와 절연체 (insulator)인 STO로 이루어진 Nb:STO/STO 이종접합 계면에서 three unit cell 두께의 분포를 가지는 2DEG (two dimensional electron gas)가 생성되고, 자발적 (spontaneous)인 양이온 공공 (cation vacancy) 형성에 의해 2DEG이 사라지는 흥미로운 현상을 발견 하였다 (그림1 참조).
□ 이번 연구에서 연구진은 scanning transmitted electron microscopy imaging (성균관대, 삼성종합기술원)을 통한 Nb:STO/STO 이종접합 계면에서 2DEG 제어에 따른 원자들의 움직임과 양이온 공공의 분포를 원자 수준에서 이미징 하였으며, 제일 원리 계산에 기반한 VCA (virtual crystal approximation)을 이용하여 양이온 공공에 의한 2DEG 제어에 대한 원자 수준의 근본 메커니즘을 밝혀내었다 (부산대학교).
□ 이재광 교수는“대부분 산화물 결함 (defect)에 대한 연구는 산소 공공 (oxygen vacancy)에 집중되어 왔다. 이에 비해 이번 발견은 양이온 공공에 의한 산화물 접합 계면 2DEG 제어 메커니즘 규명 연구로, 향후 양이온 공공에 의한 새로운 양자현상 기초 물성 연구와 이를 기반으로 하는 산화물 기반 양자 소자 개발에 핵심적인 기초 자료가 될 것으로 사료된다.”라고 언급하였다.
□ 이번 연구 결과는 IF 10.433, 상위 8.28% Materials Today Physics 16 (2021) 100302 ... ..... 되었다.
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