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독일 헬름홀츠 로센도르프 센터(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, HZDR), 폴란드 바르샤바 대학(University of Warsaw), 폴란드 과학원(Polish Academy of Sciences)의 연구진은 특별한 프로세스를 사용해서 반도체 속의 층상 구조에 대한 새로운 연구결과를 발표했다. 결정격자는 종종 대칭을 가진다. 즉, 원자는 모든 방향으로 균일하게 배열되어 있다. 이번에 사용된 재료는 철이 첨가된 인듐 비소 반도체 화합물이다. 이 물질은 완벽한 대칭을 가지고 있지 않다. 철은 2차원의 층상 구조를 형성해서 새로운 특성을 가지게 한다. 이 물질은 초전도체를 이해하는데 중요한 역할을 할 것이다. 이온빔 센터(Ion Beam Center)의 장비를 사용해서, 이번 연구진은 인듐과 비소로 만들어진 결정에 철 이온을 분사했다. 철은 결정 표면에 약 100 나노미터까지 침투했다. 철 이온은 전체 이온 중에 소수에 불과했다. 표면에 단지 몇 퍼센트만이 존재한다. 그 후에 레이저를 사용해서 결정에 광 펄스를 발사했다. 이런 광 펄스는 초소형이기 때문에 표면만 녹았다. 마이크로세컨드(microsecond)보다 더 적은 시간 동안에 상부 100 나노미터까지는 뜨거운 상태로 존재하고, 그 밑의 결정은 차가운 상태로 존재한다. 결정 표면은 뜨거웠다가 다시 냉각되는 과정을 거친다. 그러나 냉각이 매우 빨라서 철 원자가 결정 속에서 일정한 격자 상태를 찾아갈 충분한 시간을 가지지 못한다. 대신에 철 원자들은 서로 힘을 합쳐서 작은 2차원 판으로 평행하게 배열된다. 철 원자들이 이러한 방식으로 배열된다는 것은 매우 놀라운 사실이다. 이러한 층상 구조는 전 세계에서 처음으로 만들어졌다. 이 물질을 면밀하게 조사한 결과, 철의 영향으로 자성을 가진다는 것을 확인했다. 철 원자가 단시간에 가질 수 있는 가장 유리한 상태이기 때문에 층상 구조가 생성되었다. 많은 초전도 재료에서는 층상 구조와 유사한 구조들이 발견되고 있다. 따라서 이 화합물은 초전도체를 더 잘 이해하는데 유용할 것이다. 또한 초전도체의 특성을 최적화하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 초전도체가 작동하려면 현재 영하 200 ℃의 낮은 온도로 냉각해야 한다. 이런 온도를 높일 수 있다면 전기 저항을 가지지 않는 꿈의 소재가 실현될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Physical Review Materials에 “Nematicity of correlated systems driven by anisotropic chemical phase separation” 라는 제목으로 게재되었다. |
