조만호 교수팀, 이차원 강탄성-강유전성 다강성체 발견

이차원 구조에서의 강탄성-강유전성 다강성 첫 사례 발견

‘Advanced Materials (IF 30.849)’誌 논문 게재

 [사진 1. 조만호 교수(왼쪽)와 정재훈 제1저자]

이과대학 물리학과 조만호 교수는 강탄성(ferroelasticity)과 강유전성(ferroelectricity)이 공존하는 2차원 반데르발스 다강성체(multiferroic material)를 최초로 발견하고 학계에 발표했다. 

단일 상(Phase)에서 여러 강성들이 동시에 존재하는 다강성체는 강성(ferroicity)들이 서로 얽혀있기 때문에 물성 조절이 용이하다는 장점을 갖고 있다. 또한 2차원 반데르발스(van der Waals) 물질에서의 강성은 원자 단위의 두께에서도 그 성질을 유지할 수 있기 때문에 ㎚단위 공정이 중요해지면서 점차 그 필요성이 증가하고 있다. 최근에는 다양한 2차원 강성체들이 발견되고 있지만, 여러 강성이 동시에 존재하는 2차원 다강성체에 대한 발견은 여전히 부족한 상황이다. 

Rhenium Dicalcogenides (ReX2, X = S or Se)는 2차원 전이금속 칼코젠 화합물 중 하나로서 구조 왜곡(structural distortion)을 동반한 상전이(phase transition)로 인해 비등방적(anisotropic) 결정구조를 갖는다. 이와 같은 구조적 상전이는 물성의 변화를 동반할 뿐만 아니라, 에너지적으로 중첩(degenerate)돼 있는 상태들을 만들기 때문에 강성이 발현될 수 있는 조건을 충족한다. 

조만호 교수 연구팀은 외부 응력을 통해 결정구조와 전기편극이 동시에 가역적으로 전환되는 것을 실험적으로 검증함으로써 2차원 구조의 Rhenium Dicalcogenides가 자발적 변형과 자발적 전기편극이 서로 얽혀있는 다강성체임을 밝혔다.  

[사진 2. 에너지적으로 중첩돼 있는 상태들은 외부장(external field)을 통해 전환 가능하다.]

조만호 교수는 “수 ㎚ 수준의 두께를 가지면서도 상온에서 자발적 전기편극을 유지하고 있고, 동시에 외부 응력을 통해서 가역적으로 전기편극을 조절할 수 있는 매우 유망한 물질을 발견한 것”이라고 말했다.

본 연구결과는 삼성종합기술원 이은 박사와 공동으로 진행했으며, 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF 30.849)’에 3월 15일 온라인 게재됐다.

논문정보

● 논문제목: Ferroelastic–ferroelectric multiferroicity in van der Waals rhenium dichalcogenides

● 논문주소:  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108777