국내 연구진이 단백질, 나노입자 등을 관찰하는 전자현미경으로 그보다 훨씬 작은 전자의 분포를 관찰했다고 합니다. 2차원 전자가스를 전자 홀로그래피법으로 이미징하는데 성공한 거죠.
전자의 양을 정밀하게 제어해서 원하는 위치에 형성시키고, 최대한 빠르게 이동시키는 기술은 반도체 메모리 소자, LED 광소자의 성능과 밀접하게 연관된 핵심기술이죠. 이렇듯 전자를 효과적으로 조절하기 위해서는 이론적으로 예측된 전자의 분포를 시각적으로 검증하고 분석할 수 있는 고분해능 현미경 관찰법이 필요했습니다.
오상호 교수, 송경 박사 연구팀은 민감도가 매우 높은 '인라인(inline) 전자 홀로그래피'를 이용하여 두 종류의 산화물(LaAlO3란타늄 알루미네이트/SrTiO3스트론튬 타이타네이트) 사이에 형성된 2차원 전자가스를 시각적으로 관찰하는 방법을 개발한 것입니다.
여기서 2차원 전자가스란 두 재료의 계면에 형성되는 전도성 전자 무리를 일컫습니다. 전자현미경으로 관찰하기엔 신호가 약하고 여러 변수의 영향을 고려해야 하는 한계로 지금껏 관측되지 못했죠. 하지만 이번 연구에서 모든 변수를 정확히 보정하여 2차원 전자가스의 고유 특성을 분석했습니다.
개발된 분석법을 통해, 결정 방위(원자가 결합한 각도 및 방향)에 따라 2차원 전자가스의 분포와 밀도가 미세하게 변하는 것이 관측되었습니다. 이는 관측방향에 따라 전자의 에너지 준위가 변하기 때문에 나타나는 양자현상이라고 연구팀은 설명했죠.
오상호 교수는 "강자성, 초전도성, 금속-절연체 상전이 등 다양한 양자현상에 기인하는 전자 분포와 밀도 변화를 최초로 직접 관찰한 것으로 지금까지 물리 이론으로 예측한 표면, 계면 전자의 특성을 분석하는데 활용할 수 있으며 양자현상과 소자 연구를 연결하는 중요한 역할을 할 것"이라고 연구 의의를 설명했습니다.
해당 연구는 나노분야 국제학술지 <Nature Nanotechnology> 3월호에 게재됐습니다.
