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독일 드레스덴 공과대학(TU Dresden), 독일 레겐스부르크 대학(UniversitAt Regensburg), 미국 컬럼비아 대학(Columbia University)의 연구진은 2차원 반데르발스(van der Waals) 헤테로구조 속의 여기자 효과를 제어할 수 있는 새로운 연구결과를 발표했다. 이 연구는 더 많은 특성을 가진 전자 장치를 만드는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 2차원 반도체 재료는 현대 재료 과학에서 가장 중요한 분야 중의 하나이다. 이러한 재료는 차세대 전자 제품을 만드는데 필수적인 요소이다. 2차원 물질 중의 하나는 2개의 황 층 사이에 단일층 몰리브덴 구조를 가지는 2차원 이황화 몰리브덴(MoS2)이다. 이 물질은 높은 전하 이동도와 높은 온/오프(on/off)를 가진다. 또한 이황화 몰리브덴의 단일층은 여기자 때문에 뛰어난 광학적 특성을 가진다. MoS2/WSe2 헤테로구조를 만들면 새로운 유형의 여기자가 생성된다. 즉, 전자와 홀이 서로 다른 층 속에서 공간적으로 분리된다. 과학자들은 층간 여기자가 적층될 때 매우 특정한 광 신호를 발현한다는 것을 확인했다. 이것은 양자 현상을 연구할 수 있게 하고, 반도체 밸류(valley) 속의 전자들을 제어하기 위한 실험에 이상적이다. 향후에 이러한 연구결과는 정보를 코드화하는 가장 효과적인 방법을 만들어낼 수 있을 것이다. 이번 연구진은 분광법과 양자 화학 계산법을 사용함으로써 MoS2/WSe2 헤테로구조 속의 부분적으로 대전된 전자-홀의 존재와 전자-홀의 위치를 확인했다. 또한 층의 배향을 변화시킴으로써 새로운 여기자의 방사 에너지를 제어할 수 있다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 반데르발스 헤테로구조 속의 여기자 효과를 이해하고 제어하는데 중요한 단계이다. 향후에 재료의 전기적 특성에 대한 층 회전 효과를 연구할 수 있다면 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것이다. 이것은 태양전지 패널 또는 전자장치를 위한 독특한 재료들을 만드는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Physics에 “Momentum-space indirect interlayer excitons in transition-metal dichalcogenide van der Waals heterostructures” 라는 제목으로 게재되었다. |
