분자 전기전도도 실험 측정방법의 개념도/사진제공=KAIST단일 분자 전자소자는 유기발광다이오드(OLED) 등을 통해 알려진 유기 소자로서 2003년 미국에서 처음 구현됐다.
분자 전자 소자는 차세대 반도체 소자의 후보군으로 관련 연구들이 활발히 수행되고 있다. 분자 전자소자는 크게 분자, 전극, 둘을 잇는 연결자로 구성된다. 분자를 전자소자로 활용하기 위해선 분자-전극 형태의 원자 구조가 구체적으로 어떻게 형성되는지 이해하는 것이 중요하다. .
KAIST EEWS대학원 김용훈 교수 연구팀은 주사탐침현미경 등을 이용해 단분자 소자가 구현되는 과정을 슈퍼컴퓨터를 활용해 재현했다.
4일 KAIST에 따르면 접합 구조의 여러 가지 형태를 찾는 것은 결국 황(S) 원자 주변의 금(Au) 원자 몇 개가 어떤 형태로 배열되는지 확인하는 것인데 이것을 배위수라고 부른다.
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.
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.
미래창조과학부의 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, 나노소재기술사업과 KISTI 슈퍼컴퓨터의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 국제 과학 학술지인 ‘미국 화학회지’ 6월 21일자에 게재됐다.
(왼쪽부터)김한슬 박사, 김후성 박사과정, 김용훈 교수가 연구 결과를 놓고 토론하고 있다. /사진제공=KAIST
