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‘10억분의 1m 두께’ 2차원 자석 개발

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김준성·심지훈·최시영 연구팀 / 차세대 전자소자 연구에 활용

세계일보

김준성(왼쪽부터), 심지훈, 최시영


차세대 전자소자 연구 등에 활용할 수 있는 나노미터(㎚·10억분의 1) 두께의 2차원 자석이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 김준성 연구위원과 포항공대 심지훈·최시영 교수(사진 왼쪽부터) 공동 연구팀이 자성을 띠는 ‘철-저마늄-다이텔루라이드’(Fe4GeTe2)를 합성하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 이를 수 나노미터 두께로 떼어내 2차원 자석으로 만들었다. 평면에 가까운 2차원 자석은 3차원 물질과 전혀 다른 물리적 특성을 보여 차세대 전자소자 분야에서 활발히 연구되고 있다.

하지만 강자성(자석처럼 외부 자기장에 상관없이 자성을 띠는 성질)을 띠는 2차원 물질은 매우 드문 데다 극저온에서만 자성이 발현되는 한계가 있었다. 연구팀은 자성을 띤 철(Fe)이 포함된 ‘판데르발스 물질’에 주목했다. 판데르발스 물질은 분자가 서로 끌어당기거나 밀어내는 ‘판데르발스 힘’을 가진 물질로, 분자 간 힘이 약해 결합이 깨지기 쉽다.

연구팀은 층간 결합을 약하게 만드는 텔루륨(Te)을 넣어 1만1000개에 이르는 철 기반 후보물질의 자성을 예측했다. 이 가운데 3개의 판데르발스 후보물질을 발굴, 철-저마늄-다이텔루라이드 합성에 성공했다.

이 물질이 강자성을 나타내는 온도는 섭씨 0∼10도 정도로, 기존 2차원 자석이 자성을 띠는 온도(영하 200∼50도)보다 매우 높았다. 수 나노미터 두께 층으로 떼어내도 강자성은 그대로 유지되며, 열에 의해 성질이 쉽게 변하지도 않는다고 연구팀은 설명했다. 정보를 저장하는 차세대 전자소자 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이정우 기자 woolee@segye.com

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