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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 조회수 29125 -
기계공학과 학부팀, 휠체어 전동장치로 혁신설계경연대회 우승
〈 수상자 이현주 권도훈 정종호 도학기 학생 〉
우리 대학 기계공학과 학부생 팀이 지난 12일부터 이틀간 일본 오사카에서 열린 아시아 디자인 엔지니어링 워크숍(Asia Design Engineering Workshop : A-DEWS)의 혁신설계경연대회(IDC)에서 우승을 차지했다.
혁신설계경연대회는 혁신적인 제품 및 서비스를 창조하는 엔지니어와 학생들을 응원하기 위해 진행된 행사이다.
한국, 일본, 대만, 말레이시아 등 학부생 또는 대학원생으로 구성된 총 10팀이 참가했고 KAIST 기계공학과 학부생 팀은 우승에 해당하는 혁신설계디자인상을 수상했다.
우리 대학은 ‘창의적 시스템 구현’이라는 과목을 수강하는 학부생 권도훈, 김태현, 도학기, 이현주, 정종호(지도교수 최세범, 조교 정호진) 학생으로 구성됐다.
우리 대학 팀은 수동 휠체어를 위한 탈부착 전동 주행 보조기(Safe Attachable Wheelchair Assistive Device in Capstone Design : SAWADiCap)’를 제작했다. 수동 휠체어에 탈부착이 가능한 동력 전달장치를 설치하는 기술로 전동 휠체어에 비해 훨씬 저렴하고 기존의 탈부착 장치보다 작동 및 설치가 쉽다.
연구팀은 자기 강화효과를 이용한 구동력 향상과 장착 과정 시 사용자의 안전을 고려한 설계를 강점으로 내세워 발표를 진행했다.
권도훈 학생은 “규모가 큰 대회는 아니었지만 처음으로 국제학회에 참석해 다양한 분야의 사람들과 연구를 만나는 귀중한 경험이었고 우승까지 하게 돼 매우 기쁘다”고 말했다.
최세범 지도교수는 “학생들이 견문을 넓히고 자신감을 갖게 돼 기쁘다”며 “경제적으로 힘든 장애인들에게 초저가의 휠체어 전동 장치를 보급해 활동성을 높이는 데 실질적인 도움이 되고 싶다”고 말했다.
2000년에 시작돼 올해로 16회를 맞는 아시아 디자인 엔지니어링 워크숍은 국제설계협회 아시아 지부가 주최한다. 올해는 일본 기계학회(JSME)와 오사카 대학의 주관으로 개최됐다. 최근의 연구 결과 및 경향을 공유할 수 있으며 설계 엔지니어링 분야의 연구원과 실무자를 위한 국제 포럼이다.
2016.12.27 조회수 22082