2차원 이황화몰리브덴에서 새로운 균열현상 발견

[대전=이데일리 박진환 기자] 소재 연구가 나노미터(nm, 1nm=10억분의 1미터) 영역으로 확대된 가운데 국내 연구진이 원자 단위의 균열 정보를 확보하는데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단이 원자 단위에서 균열 정보를 확보했다고 18일 밝혔다.

IBS 연구진은 투과전자현미경(TEM)을 이용해 2차원 이황화몰리브덴에서 일어나는 균열을 nm 단위의 관측에 성공했다.

이황화몰리브덴은 몰리브데늄(Mo) 원자와 황(S) 원자가 결합해 분자를 이룬 2차원 물질로 반도체 특성이 우수하고, 전자소자 및 광전자 소자에 응용 가능성이 매우 높아 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.

이에 따라 기존의 연속체 이론을 보완해 나노 영역에서의 균열을 설명할 수 있는 중요한 실마리를 찾게 됐다.

이번 연구로 2차원 이황화몰리브덴은 힘을 가하면 전위(dislocation)가 생기며, 균열을 한다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.

벌크 이황화몰리브덴의 경우 힘을 가하면 취성 균열하는 특성과 대조를 보인다.

TEM의 전자빔으로 자극한 부위에 생긴 전위는 5nm 이내의 영역까지 늘어나다 균열이 생기고, 균열은 수 nm마다 120°방향전환을 지속했다.

또한 산화된 시료의 경우 늘어나는 영역이 10nm까지 커졌다.

이 같은 현상은 기존의 균열로 단정할 수 없는 중간적 현상으로 연속체 이론으로는 설명이 불가능했다.

결국 실험 결과를 분석해 나노 영역에서의 균열 현상을 설명할 새로운 이론 정립이 필요한 상황인 것으로 알려졌다.

이영희 IBS 나노구조물리 연구단장은 “이번 연구결과로 2차원 물질의 균열 현상은 기존 3차원 물질의 균열과는 근본적으로 달라 기존 연속체 이론 수정이 불가피하다”면서 “이러한 현상을 설명할 수 있는 새로운 이론 정립을 위한 후속연구를 진행 중”이라고 설명했다.

한편 이영희 IBS 나노구조물리 연구단장과 Zhao Jiong 박사, Ly Thuc Hue 박사가 수행한 이번 연구성과는 18일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.470)에 게재됐다.

2차원 이황화몰리브덴 내에서 시간 경과에 따른 균열. 사진 상의 균열은 수 nm 마다 120°방향전환을 지속하며 좌측 상단 방향으로 커져 가고 있다. 사진=기초과학연구원 제공