CUNY 첨단 과학 연구 센터(CUNY Advanced Science Research Center)의 연구진은 2차원 재료의 중요한 특성을 측정할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이런 특성은 나노기술 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있다. 저널 Nature Materials에 따르면, 이 연구는 이 분야에 중요한 기술적인 및 과학적 진보를 이루게 했다. 

“과학자들은 2차원 재료가 포토닉스, 나노전자소자, 나노기계, 열전기 등과 같은 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있기 때문에 이것을 이해하려고 노력하고 있다”라고 이 연구를 이끌었던 Elisa Riedo 교수가 말햇다. 

에피택셜(epitaxial) 그래핀과 MoS2와 같은 재료들은 단지 한 개의 원자 두께를 가진 몇 층으로 구성된 박막이다. 이런 박막들은 층간에 약한 상호작용과 강한 평면 결합을 가지고 있다. 

옹스트롬 이하의 해상도를 가진 압흔(indentation)은 원자 층간의 힘을 측정하는데 사용되었다. 현재, 이런 재료의 평면 탄성이 과거에 폭넓게 조사되었지만, 박막과 수직 상태의 탄성률에 대해서는 거의 알려지지 않았다. 이것은 이런 유형의 측정이 매우 작은 압흔이 필요하기 때문이다. 

평면 탄성은 굽힘 실험으로 폭넓게 조사되었다. 이 실험은 독립적으로 서 있는 박막을 변형시킨다. 그러나 박막의 탄성률에 대해서는 거의 알려지지 않았다. 

이번 연구진은 2차원 재료의 수직 평면 탄성을 측정하기 위해서 옹스트롬 이하의 해상도를 가진 압흔 측정을 수행했다. 세미 분석 모델과 밀도 함수 이론(density functional theory)이 결합된 압흔 데이터는 몇 층 두께의 그래핀과 그래핀 산화물 박막의 수직 탄성을 조사하는데 사용되었다. 이번 연구진은 한 개의 완벽한 물 층이 흑연 평면 간에 삽입될 때 그래핀 산화물 박막의 수직 영률(Young’s modulus)이 최대에 도달한다는 것을 발견했다. 이런 비파괴적인 방법은 2차원 박막 속의 층간 결합 및 삽입을 매핑(mapping)할 수 있게 한다. 

이번 연구진은 압흔 깊이가 박막의 층간 거리보다 더 작게 조절할 수 있고 이것을 측정할 수 있었다. 실험과 밀도 함수 이론 계산을 결합함으로써, 이번 연구진은 물 분자 치윤법(intercalation)에 의해서 층간 탄성이 변화될 수 있다는 것을 증명했다. 밀도 함수 이론 계산은 이 연구에 공동 참여한 College of Staten Island의 연구진에 의해서 수행되었다. 

이번 연구진에는 프랑스와 이탈리아의 과학자들이 포함되었다. 이 연구는 미 에너지부의 Office of Basic Energy Sciences에서 자금이 지원되었다. 이 연구결과는 저널 Nature에 “Elastic coupling between layers in two-dimensional materials”라는 제목으로 게재되었다(DOI:doi:10.1038/nmat4322). 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』