충남대·한양대, '팔라듐 기반' 카이랄 페로브스카이트 신규물질 개발

-세계적 학술지 JACS 표지논문 선정…차세대 스핀트로닉스 소자 구현 큰 기여 기대

김영훈 한양대 교수, 박인혁 충남대 교수, 한양대 남상현 석박통합과정. 충남대 제공

충남대학교는 분석과학기술대학원 박인혁 교수팀과 한양대 김영훈 교수팀이 차세대 스핀트로닉스 소자에 사용될 수 있는 '팔라듐(Pd) 기반' 카이랄 페로브스카이트 신규 물질을 개발했다고 11일 밝혔다.

카이랄 페로브스카이트 물질은 격자가 뒤틀려 있는 비대칭성에 의해 서로 다른 원편광을 선택적으로 흡수하고, 전하의 스핀 방향을 제어할 수 있는 특성으로 인해 차세대 스핀트로닉스 소재로 주목받고 있다.

그러나 기존 카이랄 페로브스카이트는 비대칭성의 한계와 낮은 대기 안정성으로 인해 스핀트로닉스 소자나 광학 소자로의 응용이 어려웠다.

이에 공동 연구팀은 팔라듐(Pd)을 중심 금속으로 사용하는 새로운 카이랄 페로브스카이트를 합성, 이런 문제를 해결했다.

공동 연구팀이 개발한 카이랄 페로브스카이트는 세계 최고 수준의 비대칭성(왜곡 지수= 0.128)과 우수한 대기와 수분 안정성을 갖춰 차세대 스핀트로닉스 소자의 가능성을 보였다.

팔라듐 기반의 카이랄 페로브스카이트는 무기물-할로젠 격자인 팔라듐-브로민(Pd-Br) 격자의 사각뿔(square-pyramid) 구조 모서리를 공유해 1차원의 구조를 형성, 높은 결정 비대칭성을 가진다. 또 카이랄 유도 스핀 선택성( CISS)을 통해 전하의 스핀 방향을 제어할 수 있는 특성을 확인했다.

박 교수는 "이번 연구 성과는 팔면체 또는 사면체의 금속 양이온 기하 구조에 기반을 둔 금속-단결정성 소재로의 연구 확장에 큰 의의가 있다"며 "이번 연구가 제시한 새로운 중심 금속과 무기물-할로젠 격자 구조가 차세대 스핀트로닉스 소자 구현에 크게 이바지할 것으로 기대된다"고 말했다.

박인혁 충남대 교수와 김영훈 한양대 교수가 교신저자로, 한양대 남상현 석·박통합과정생이 1저자로 참여한 이번 연구 성과는 화학 분야의 세계적인 학술지인 'Journal of the American Chemical Society (JACS)'에 지난 5일 실렸으며 6월호 보충 표지논문으로 선정됐다.

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