2025.0702
김영덕 교수 연구팀 Nano Letters (IF: 9.6) 게재
경희대학교 물리학과 김영덕 교수 연구팀은 뉴욕시립대학교(CCNY)의 Vinod Menon 교수, 서울시립대학교 정재일 교수팀과 손을 잡고, ‘비틀린 육각질화붕소(hBN)가 만들어 내는 거대 모아레 전위로 이차원 반도체의 엑시톤–폴라론 상호작용을 원격 제어할 수 있다’는 사실을 입증했습니다. 연구진은 두 장의 hBN을 불과 몇 도 이하로 비틀어 쌓아 올려 모아레 초격자를 만들고, 이를 단층 MoSe₂ 위에 접합해 전혀 별도의 나노가공 공정 없이 격자 무늬 전기장 패턴을 표면에 그대로 전사했습니다. Kelvin 프로브 힘 현미경(KPFM)이 측정한 결과, 약 8.7 μm 영역에 걸쳐 강유전 도메인들이 형성되면서 최대 387 ± 52 meV에 이르는 전위 우물 배열이 나타났고, 하이퍼스펙트럼 광발광(PL) 매핑을 통해 엑시톤 및 엑시톤-폴라론 에너지 준위가 모아레 주기(최소 110 nm)마다 섬세하게 변조되는 모습을 시각화했습니다. 이는 기존 원자 주기 격자보다 수백 배 큰 ‘조정 가능한’ 양자 전위 우물을 제공해, 광학 스펙트럼의 공간 선택적 재구성을 가능케 한다는 점에서 큰 의미가 있습니다.
이번 성과는 트위스트로닉스(twistronics)의 개념을 광범위하게 확장해, 2D 소자 내부의 전자·광학적 속성을 위치별로 프로그래밍하듯 설계할 수 있다는 가능성을 제시했습니다. 별도의 리소그래피 공정 없이도 양자광원, 저전력 광논리소자, 밸리트로닉·스핀트로닉 칩 등 차세대 양자·광전자 플랫폼의 핵심 파라미터를 ‘비틀기 각도’ 하나로 정밀 제어할 수 있게 된 것입니다. 이러한 학문적·기술적 파급력을 인정받아 연구 논문은 Nano Letters에 게재되었으며(doi: 10.1021/acs.nanolett.4c04996), 표지 논문으로도 선정돼 국제 학계의 주목을 받았습니다. 한편, 이번 연구는 김영덕 교수가 공동교신저자로 참여하였으며, 조민현 박사과정 학생 (2025년 8월 박사학위 예정)이 주저자로 참여하였습니다.
