'꿈의 신소재' 그래핀 3차원으로 만들었다

'꿈의 신소재' 그래핀 3차원으로 만들었다

원자력연·KAIST 연구팀 "차세대 광변조 기술 개발에 기여"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 '꿈의 신소재' 그래핀을 3차원으로 만드는데 성공했다.


한국원자력연구원 백인형 박사·한국과학기술원(KAIST) 이상민 교수 공동 연구팀은 2차원 그래핀을 여러 겹으로 쌓아 올려 3차원 형태로 제작, 테라헤르츠파의 투과율을 효율적으로 제어할 수 있는 광변조 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 한 층으로 된 2차원 탄소나노물질로, 열 전도율과 전기 전도도가 높아 반도체 분야 '꿈의 신소재'라 불린다.

특히 원자 한 층이 만드는 전자의 고유한 에너지밴드 구조 덕에 넓은 파장의 빛을 흡수할 수 있어 광변조 소자 분야에서 주목받고 있다.

그래핀의 광변조 능력을 높이려면 빛의 흡수율을 높여야 하고, 이를 위해 그래핀을 여러 층으로 쌓아 올려야 하지만, 3차원으로 만들면 그래핀 고유의 뛰어난 물성이 사라진다는 한계가 있다.

적층 과정에서 이웃한 층들끼리 일정한 방향을 가진 결정성 때문에 그래핀 고유의 에너지밴드 구조가 왜곡되는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 그래핀을 매우 작은 조각들로 만들어 쌓아 올리게 되면, 층간 결정성을 없애 방향을 무작위로 만들 수 있다는 점에 착안했다.

100㎛(마이크로미터, 100만 분의 1m) 크기의 서로 다른 결정성을 가진 수만 개의 그래핀 조각을 이용해 25mm(밀리미터) 면적의 그래핀을 합성, 이를 쌓아 올려 3차원 그래핀 광변조 소자를 제작하는 데 성공했다.

이 소자는 강한 테라헤르츠파는 투과시키고, 약한 테라헤르츠파는 흡수하는 광제어 능력이 뛰어난 것으로 확인됐다.

이번 연구는 2차원 물질 분야 국제 학술지 '투디 머티리얼스'(2D Materials) 지난 3월 호에 실렸다.

정영욱 원자력연 초고속방사선연구실장은 "그래핀뿐 아니라 다양한 2차원 물질에 적용할 수 있다"며 "차세대 광통신과 반도체 소자 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

jyoung@yna.co.kr

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