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Nov 03, 2023

나노 규모의 격차를 이해하는 데 큰 도약을 이루다

2023년 8월 18일 이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

2023년 8월 18일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

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신뢰할 수 있는 출처

교정하다

작성자: Denise Yazak, Brookhaven 국립 연구소

독특하고 유익한 특성을 지닌 레이어를 결합하여 새로운 재료를 만드는 것은 상당히 직관적인 프로세스처럼 보입니다. 재료를 쌓고 장점을 쌓아보세요. 그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 모든 재료가 동일한 방식으로 에너지를 전달하는 것은 아니므로 한 재료의 이점을 다른 재료의 대가로 치르게 됩니다.

첨단 도구를 사용하여 CFN(Centre for Functional Nanomaterials), Brookhaven 국립 연구소의 미국 에너지부(DOE) 사용자 시설 및 바르샤바 대학의 실험 물리학 연구소의 과학자들은 다음과 같은 새로운 계층 구조를 만들었습니다. 고유한 에너지 및 전하 전달을 나타내는 2D 재료입니다. 재료 특성을 이해하면 태양 전지 및 기타 광전자 장치와 같은 기술이 발전할 수 있습니다. 이번 연구 결과는 나노레터스(Nano Letters) 저널에 게재됐다.

전이금속 디칼코게나이드(TMD)는 원자적으로 얇은 층이 있는 샌드위치처럼 구조화된 물질 종류입니다. TMD의 고기는 전이 금속으로, 대부분의 원소와 마찬가지로 가장 바깥쪽 궤도 또는 껍질과 다음 껍질에 있는 전자와 화학 결합을 형성할 수 있습니다. 그 금속은 산소, 황, 셀레늄을 포함하는 원소 범주인 칼코겐의 두 층 사이에 끼워져 있습니다.

칼코겐은 모두 가장 바깥 껍질에 6개의 전자를 가지고 있어 화학적 행동이 비슷합니다. 이러한 각 재료 층은 원자 1개 두께(사람 머리카락 굵기의 100만분의 1)에 불과하므로 2차원(2D) 재료라고 합니다.

CFN 인터페이스 과학 및 촉매 그룹의 Brookhaven 직원 과학자인 Abdullah Al-Mahboob은 "원자 수준에서 이러한 독특하고 조정 가능한 전자 특성을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다. "TMD는 물리학의 놀이터와 같습니다. 우리는 원자 수준에서 한 물질에서 다른 물질로 에너지를 이동시키고 있습니다."

이 규모의 재료에서 일부 새로운 특성이 나타나기 시작합니다. 예를 들어, 그래핀은 대부분의 연필을 만드는 데 사용되는 흑연의 2D 버전입니다. 노벨상을 받은 실험에서 과학자들은 접착 테이프 조각을 사용하여 흑연 조각을 떼어내 그래핀 층을 연구했습니다. 연구진은 그래핀이 원자 수준에서 믿을 수 없을 정도로 강하다는 사실을 발견했습니다. 즉 무게에 비해 강철보다 200배 더 강하다는 것입니다. 또한, 그래핀은 뛰어난 열 및 전기 전도체이며 독특한 광 흡수 스펙트럼을 가지고 있습니다. 이를 통해 다른 재료와 그 특성의 2D 형태를 연구할 수 있는 문이 열렸습니다.

2D 소재는 그 자체로도 흥미롭지만 결합하면 놀라운 일이 일어나기 시작합니다. 각 재료는 환경으로부터 재료를 보호하고, 에너지 전달을 제어하고, 다양한 주파수의 빛을 흡수하는 등 고유한 초능력을 갖고 있으며, 과학자들이 재료를 서로 쌓기 시작하면 이종구조라고 알려진 것이 생성됩니다. 이러한 이종 구조는 몇 가지 특별한 기능을 수행할 수 있으며 언젠가는 소형 전자 부품 및 고급 광 검출기와 같은 미래 기술에 통합될 수 있습니다.

이러한 재료에 대한 탐구는 접착 테이프처럼 단순한 것에서 시작되었을 수 있지만 2D 재료를 추출, 분리, 분류 및 구축하는 데 사용되는 도구는 상당히 발전했습니다. CFN에서는 이러한 이종 구조와 이를 생성하는 데 사용되는 기술인 Quantum Material Press(QPress)에 대한 연구에 전체 시스템을 전념했습니다.