국제학술지 '나노스케일' 7월호 표지 그림. 김영덕 경희대 물리학과 교수팀의 2차원 반도체 연구성과가 소개됐다. Nanoscale 제공 국내 연구팀이 녹는점이 낮아 액체금속으로 알려진 '필즈메탈(Field’s metal)'을 활용해 2차원(2D) 반도체의 전극 성능을 개선하는 데 성공했다. 연구결과는 향후 액체금속 기반의 플렉서블·웨어러블 소자나 양자컴퓨터, 인공지능(AI) 반도체 칩 개발에 기여할 것으로 기대된다. 김영덕 경희대 물리학과 교수팀은 필즈메탈의 자가전파(Self-Propagation) 현상을 활용해 2차원 반도체의 전기적 성능을 향상했다고 18일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '나노스케일' 7월 표지논문으로 선정됐다. 양자컴퓨팅과 AI 기술 등이 빠르게 발전하면서 반도체 소자의 소형화·효율화가 주요 과제다. 2차원 반도체는 유연성과 투명성 등 물리적 특성이 뛰어나지만 금속 전극과의 접촉저항(contact resistance)이 높다는 점이 상용화의 걸림돌이다. 연구팀은 녹는점이 약 62℃로 다른 금속보다 훨씬 낮은 필즈메탈에 주목했다. 필즈메탈을 금속 전극 가장자리에 올리고 열을 가하면 액체가 된 필즈메탈이 전극의 모양을 따라 스스로 퍼져 나가는 자가전파 현상이 일어난다. 필즈메탈을 전극 위에 올리고 열을 가해 스스로 전극 모양으로 퍼지도록 하는 자가전파 과정을 설명한 그림(위)과 실제로 촬영된 모습. Han et al.(2025)/Nanoscale 제공 연구팀은 2차원 반도체 물질인 텅스텐셀레나이드(WSe2)에 필즈메탈을 올리고 자가전파로 새로운 전극을 형성했다. 필즈메탈에 포함된 반금속 성분이 전극의 저항을 줄이고 2차원 반도체와 전극의 접촉 저항을 감소시켰다. 전하 이동도도 향상된 것으로 나타났다. 간편한 방법으로 2차원 반도체 성능을 개선한 것이다. 개발된 기술은 기존 방식보다 10배 이상 얇은 약 200나노미터(nm, 1nm는 1억분의 1m) 크기의 전극을 정교하게 구현할 수 있다는 점도 주목할 만하다. 김 교수는 "복잡한 공정 없이도 2차원 반도체의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 기술적 돌파구를 제시한 것"이라며 "이번 연구결과가 향후 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블 및 웨어러블 소자와 더불어 양자컴퓨터, AI 반도체 칩 개발까지 큰 기여를 할 수 있을 것"이라고 설명했다.  <참고 자료> - doi.org/10.1039/d4nr03845b 왼쪽부터 김영덕 경희대 물리학과 교수, 한광희 박사과정생, 이희연 박사과정생. 김영덕 교수 제공 출처:  https://www.dongascience.com/news.php?idx=72932 (동아사이언스 논문표지 기사)

안녕하세요. 물리학과 사무실입니다. 학부 강좌개설 및 폐강기준에 따라 2025학년도 2학기 물리학과 1차 폐강강좌를 다음과 같이 안내드리오니 수강정정 시 참고해 주시기 바랍니다. 1. PHYS3252-00 광학실험(월 13:00-16:50) 해당 과목을 수강할 예정이었던 학생은 PHYS3252-01 광학실험(수 13:00-16:50)으로 수강정정해 주시기 바랍니다. 기타 문의사항은 학과 사무실로 연락 바랍니다. (02-961-0230)

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▶ Nanoscale 논문의 Front cover로 선정된 해당 연구의 이미지   경희대 물리학과 김영덕 교수 연구팀이 액체금속 '필즈메탈'의 자가전파 현상을 이용해 2차원 반도체의 전기적 성능을 개선하는 새로운 연구 성과를 발표하였다. 이번 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 Nanoscale (IF = 5.1)에 출판되었으며, 해당 논문의 이미지가 저널의 전면 커버로 선정되었다. K. Han and H. Lee et al., Nanoscale 17, 16223 (2025). (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/nr/d4nr03845b) 이번 연구의 핵심은 이 자가전파 기술을 활용해 2차원 반도체의 ‘컨택 저항’을 낮추는 것이다. 최근 양자컴퓨팅과 AI 기술의 급속한 발전에 따라, 반도체 소자의 소형화 및 효율화가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히 2차원 반도체는 뛰어난 물리적 특성을 가지고 있음에도 불구하고, 전극과의 접촉 면에서 발생하는 터널링 배리어로 인해 높은 컨택 저항이라는 문제가 상용화의 큰 장벽으로 지적되어 왔다. 연구팀이 주목한 필즈메탈은 녹는점이 약 62℃로 매우 낮은 액체금속이다. 연구에 따르면, 이 물질을 금속 전극 위에 바르고 열을 가하면 전극의 형상을 따라 액체금속이 스스로 퍼져 나가는 ‘자가전파’ 현상이 발생한다. 이를 통해 기존 전극과 동일한 모양의 액체금속 전극을 간편하게 형성할 수 있다. 이에 연구진은 2차원 반도체 물질인 WSe2 (텅스텐 셀레나이드)에 크롬과 금으로 이루어진 전극을 형성하고, 해당 전극에 필즈메탈을 발라서 어닐링을 진행하였다. 일정 온도 이상에서 자가전파 현상이 발생하면서, 액체금속이 기존 전극 구조를 따라 정밀하게 확산되며 새로운 전극을 형성했다. 전기적 특성 분석 결과, 자가전파로 형성된 액체금속 전극은 기존 금속 전극에 비해 전기 저항이 크게 줄고, 컨택 저항 또한 현저히 낮아졌으며, 전하 모빌리티도 향상된 것으로 나타났다. 특히 이번 연구는 정밀도 면에서도 주목받고 있다. 연구진은 자가전파 현상을 통해 약 200nm 크기의 아주 작고 정교한 전극을 구현하는 것에 성공했다. 이는 기존의 몰딩을 이용한 방법 (~ 2um), 인젝션 (~ 10um), 프린팅 (~100um)보다 매우 뛰어난 해상도이다. 이번 연구는 복잡한 공정 없이도 2차원 반도체의 전기적 성능을 향상시킬 수 있는 간단하면서도 효과적인 기술적 해법을 제시한 것이다. 특히, 액체금속의 특성을 활용해 전극을 형성하는 방식은 휘거나 구부러질 수 있는 플렉서블 및 웨어러블 전자소자에 적용할 수 있는 가능성을 보여준다. 또한 해당 기술은 차세대 반도체 산업의 핵심으로 떠오르고 있는 양자컴퓨터나 인공지능 개발에도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 김영덕 교수가 교신저자로 참여했으며, 한광희 박사과정 학생과 이희연 박사과정 학생이 주저자로 참여하였다. ▶ 필즈 메탈의 자가전파 현상을 이용하기 전과 후의 WSe2 소자 이미지   ▶ 필즈 메탈 전극이 형성된 후 터널링 배리어를 낮추어 전기적 성능이 개선된 측정 결과

물리학과 김영덕 교수 연구팀은 2차원 물질을 아주 작은 각도로 회전시켜 적층하였을 때 나타나는 ‘무아레 초격자 (Moiré Superlattice)’ 구조를 정밀 제어하고 분석하는 새로운 방법을 제시하였다. 이번 연구 결과는 세계적 국제학술지 ‘Advanced Science (IF = 14.3)’에 11월 8일 기준으로 온라인에 게재되었고, 해당 논문의 아트 디자인이 백 커버 이미지로 선정되어 2025년 Issue 4로 출판되었다. (https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202408034) ‘무아레 초격자 구조’는 2차원 물질을 아주 작은 각도로 회전하여 적층하면 생기는 삼각형 모양의 규칙적인 포텐셜을 의미하며, 회전 각도, 전기장 등을 이용해 정밀하게 제어할 수 있다. 연구진은 원자힘현미경에 전압을 인가하며 표면 일함수를 이미징할 수 있는 KPFM (Kelvin Probe Microscopy) 기술을 활용해 세계 최고 수준 대면적 스케일의 무아레 포텐셜을 관측하였다. 이는 추후 무아레 초격자 시스템의 상용화 및 개발에 필수적인 기술력이다. 그리고 이 구조가 두 번 겹쳐졌을 때 생기는 ‘복층 무아레 구조’에 대해서도 관측 및 분석에 성공했다. 해당 방법을 이용하면 무아레 초격자의 스트레인을 약 0.01% 정도까지 정밀하게 분석이 가능하다. 이는 기존의 광학적 측정들보다 훨씬 정밀한 방법으로 스트레인 분석의 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 또한 해당 연구팀은 심좌외선 펄스 레이저를 이용하여 무아레 포텐셜의 크기를 정밀하게 제어하는 신기술을 개발했다. 이는 광학적 포논을 이용해 원자 구조의 변화를 유도하고 무아레 초격자의 포텐셜을 제어하는 원리를 이용하였다. 펄스레이저를 이용해 실시간으로 무아레 포텐셜을 제어하는 새로운 기술은 향후 양자 컴퓨팅 개발과 상용화에 획기적인 역할을 할 것으로 기대된다. 무아레 초격자 플랫폼에 대한 연구는 근접한 물질의 포텐셜을 동일하게 제어하는 ‘근접성(Proximity)’ 현상을 이용하면 차세대 양자 플랫폼 개발에 더욱 큰 역할을 할 수 있다. 무아레 초격자 플랫폼 위에 다른 물질을 전사하면 동일한 포텐셜 구현이 가능하다. 따라서 무아레 포텐셜을 다양한 파라미터로 정밀하게 제어할 수 있다면 추후 반도체, 자성체, 초전도체 등 다양한 물질 역시 정밀하게 제어가 가능할 것으로 전망된다. 이번 연구는 김영덕 교수가 교신저자로 참여했으며, 한광희 박사과정 학생이 주저자로 참여하였다. ▶ Advanced Science 논문의 Back cover로 선정 ▶ 회전 질화붕소의 국소적 원자 배열과 KPFM 측정. 세계 최고 대면적 스케일의 균일한 무아레 포텐셜 구조 ▶ 심좌외선 펄스 레이저를 이용한 회전 질화붕소의 무아레 포텐셜 정밀 제어

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.