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김용훈 교수, 단일 분자 소자의 전극 계면 특성 규명
〈 김 용 훈 교수와 김후성 박사과정, 김한슬 박사 〉
우리 대학 EEWS 대학원 김용훈 교수 연구팀이 10년 이상 나노 분야 주요 난제로 남아있던 단일분자 전자소자의 금속전극-분자 계면 원자구조와 소자특성 간 상관관계를 규명했다.
이번 연구 성과는 국제 과학 학술지인 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)’ 6월 21일자에 게재됐다.
단일분자 전자소자는 OLED 등을 통해 알려진 유기소자로서 2003년 미국에서 처음 구현됐다. 분자전자소자(molecular electronics)는 차세대 반도체 소자의 후보군으로 관련 연구들이 활발히 수행되고 있다.
분자를 전자소자로 활용하기 위해선 분자-전극 형태의 원자구조가 구체적으로 어떻게 형성되는지 이해하는 것이 중요하다. 분자 전자소자는 크게 분자, 전극, 둘을 잇는 연결자로 구성된다.
2006년 미국 애리조나 대학의 타오(Nongjian Tao) 교수를 포함한 연구팀은 한 종류의 분자에서 여러 개의 전류 값이 나올 수 있음을 규명했으나 그 전류 값의 크기와 개수, 원인 등은 명확히 밝혀지지 않았다.
특히 그 원인에 대해서는 관련된 분자와 금속전극 간 계면의 원자구조가 여러 가지 형태를 띠고 있기 때문이라는 추측만 있었고 명확히 밝혀지지는 않았다.
김 교수 연구팀은 주사탐침현미경 등을 이용해 단분자 소자가 구현되는 과정을 슈퍼컴퓨터를 활용해 재현했다.
접합 구조의 여러 가지 형태를 찾는 것은 결국 황(S) 원자 주변의 금(Au) 원자 몇 개가 어떤 형태로 배열되는지 확인하는 것인데 이것을 배위수(coordination number)라고 부른다.
〈 김 용 훈 교수와 연구팀 〉
연구팀은 분자와 금속 전극 간 결합의 원자구조 배위수에 따라 금속전극 사이에서 전류 값이 변화하는 것을 확인했다. 또한 분자가 당겨질 때 단순히 금속과 분자 사이 결합이 끊어지는 게 아니라 금속전극의 원자구조가 쉽게 변형돼 결국은 금속과 금속 사이의 결합의 끊어지는 것을 규명했다.
일본 오사카 대학의 카와이(T, Kawai) 교수는 위와 같은 김 교수의 이론을 뒷받침하기 위해 소자 인장에 따른 전류의 증가를 포함하는 실험을 수행했다.
한, 일 공동연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용한 제1원리 계산과 첨단 나노소자 제조 및 측정을 통해 유기 소자의 계면 특성을 원자 수준에서 성공적으로 규명했다. 연구팀은 나노과학-나노기술 분야에서 10년 이상 풀리지 않던 난제를 해결했다.
이번 성과는 향후 OLED, 바이오센서, 유기태양전지 등 다양한 유기소자 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.
김 교수는 “이번 연구는 나노 분야에서 이론 연구가 실험을 선도하는 역할을 성공적으로 수행함을 보여주는 예가 될 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, 나노소재기술사업과 KISTI 슈퍼컴퓨터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 분자 전기전도도 실험 측정방법의 개념도
그림2. 대표적인 세 가지 분자-금속전극 접합 원자구조와 이에 상응하는 외력에 따른 전도도 변화 패턴
2017.07.04
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말레이시아 국토부장관 OLEV시승
- 말레이시아의 녹색성장과 국민의 삶의 질 향상을 위한 핵심 기술로 평가 - "온라인 전기자동차 기술을 쿠알라룸푸르와 신행정수도 적용 검토"
말레이시아 국토부 장관(Minister of Federal Territory) 라자 농 칙(Raja Nong Chick) 일행이 우리학교가 서울대공원에 구축한 온라인전기자동차시범사업 현장을 6월 1일 오후 4시 30분 방문하여 시승했다. 이와 관련 우리대학은 우리나라의 토지공사와 같은 회사인 말레이시아 THP(TH PROPERTIES SDN. BHD, CEO Zaharuddin Saidon)와 친환경 온라인 전기버스를 말레이시아의 주요 도시에 도입하기 위한 양해각서(MOU)를 서신교환을 통해 같은 날짜로 체결한 바 있다.
말레이시아 정부는 녹색성장과 국민 삶의 질 향상이라는 두 가지 정책목표 달성을 위해 향후 신성장 동력이 되면서 국민의 쾌적한 삶의 질 실현에 핵심이 되는 기술을 모색키 위해 이번 방문을 추진했다. 라자 장관 일행은 국제적 녹색기술 중 KAIST 온라인전기차의 기술적 가치와 전기차 보급 확대 가능성을 인정해 이번 방문을 추진하게 됐다.
라자 장관의 방한에는 재정부(Ministry of Finance) 차관, 쿠알라룸푸르 부시장, 푸트라자야(신행정수도) 시장, 경제인연합회 감사, 각종 정부기금 담당자 등이 수행하고 있어 향후 말레이시아에 온라인전기차를 보급하고 녹색기술에 투자하는 종합적 국가 전략 수립을 위한 현장 방문 성격을 겸하고 있다. 말레이사아의 수도인 쿠알라룸푸르는 상습적 교통정체와 대기환경 오염 문제를 해결할 수 있는 전기버스 및 전기자동차 기술을 모색중이며, 신행정수도인 푸트라자야는 녹색교통 인프라 구축의 최적 기술을 모색하고 있다. 말레이시아 정부 및 주요 도시도 이번 방문 이후 KAIST와 구체적인 협의를 추진할 예정이다.
라자 장관은 기업인, 국회의원, 정부관료 등 다양한 경험을 가진 경제 및 기술 전문가로서 이번 온라인 전기차 방문을 마무리하며 온라인전기차가 녹색성장과 국민 삶의 질 향상에 가장 최적의 기술이라는 평가를 남기며 큰 관심을 보였다.
우리대학 한 관계자는 “이번 말레이시아 국토부 장관의 방문을 통해 KAIST가 심혈을 기울여 추진하고 있는 온라인전기자동차사업이 국제적으로 인지도를 높여 향후 해외 시장 공략에 큰 도움을 줄 것으로 기대하고 있다”면서, “이번 방문에는 정부, 지자체, 산업체, 연기금 관련자가 대거 동행하여 향후 온라인전기차의 도입 뿐만 아니라 투자에 대한 협의도 진행될 것으로 기대한다”라고 말했다. KAIST에서는 6월 중 연구진이 말레이시아에 방문하여 후속 협의 및 현지답사를 진행하는 등 본격적인 사업 추진 준비를 할 예정이라고 밝혔다.
우리대학은 2009년 도로를 주행하면서 무선으로 충전을 받을 수 있는 온라인전기자동차 원천기술을 개발하였으며, 온라인전기자동차 기술은 주행 중 충전을 통해 기존 전기자동차 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 배터리 용량과 가격문제를 해결할 수 있어 전기차의 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대를 받고 있는 세계적 수준의 우리 기술이다.
우리나라가 추진하고 있는 녹색 성장과 정책의 맥을 같이 하고 있는 말레이시아에 우리학교의 온라인전기차가 달리는 것이 조만간에 현실화될 것으로 전망된다.
2010.06.01
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