서강대 연구팀, 온도에 따른 강유전-상전 메커니즘 규명

사진은 (왼쪽부터) 물리학과 양상모 교수, 화학과 옥강민 교수, 물리학과 정태현 석사과정생. (사진=서강대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 서강대는 본교 물리학과 양상모 교수와 화학과 옥강민 교수 연구팀이 2차원 할라이드 페로브스카이트(halide perovskite) 강유전 소재에서 나노스케일 이미징 기법을 활용해 온도에 따른 강유전 도메인(domain) 변화 및 강유전-상전이 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

할라이드 페로브스카이트는 고효율·저비용 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있으며 특히 2차원 할라이드 페로브스카이트는 우수한 안정성을 갖고 있다. 또한 강유전성과 같은 새로운 기능성도 가져 다양한 전자소자로의 응용을 위한 연구가 진행되고 있다.

강유전 소자 구현을 위해서는 온도에 따른 강유전 거동에 대한 이해가 필수적이다. 그러나 기존 연구는 주로 강유전 상전이 온도, 즉 큐리 온도(Curie temperature)와 같은 거시적인 물성에 국한돼 왔다.

이에 연구팀은 압전감응 힘 현미경 (piezoresponse force microscopy, PFM) 기법을 통해 나노스케일에서 온도에 따른 강유전 도메인 변화를 직접 관측하고 이를 바탕으로 강유전상에서 상유전상으로의 상전이 메커니즘을 규명했다.

특히 큐리 온도보다 낮은 온도에서도 국소적으로 강유전-상전이가 시작됨을 최초로 확인했으며 온도 상승에 따라 큰 도메인이 작은 도메인들로 나뉘면서 상유전상 영역이 국소적으로 생겨남을 관측했다.

더해 란다우-긴즈부르크-데번셔(Landau-Ginzburg-Devonshire) 이론에 기반한 분석 결과, 이 상전이가 2차 상전이임을 확인했다.

양 교수는 "본 연구에서는 나노스케일에서 온도에 따른 강유전 도메인 변화를 직접 관측함으로써 강유전-상유전 상전이에 대한 미시적 이해를 제시했다"며 "이는 2차원 할라이드 페로브스카이트 기반 강유전 소자 응용을 위한 중요한 기초적 토대를 제공한 것"이라고 밝혔다.

한편 본 연구 결과는 재료과학 분야의 국제 저명 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials(IF = 26.8)' 온라인에 게재됐다.

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