물리 예상치 못한 자기적 특성을 가진 2차원 합금

라이스 대학(Rice University), 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory), 서던 캘리포니아 대학(University of Southern California), 구마모토 대학(Kumamoto University)의 연구진은 예상치 못한 자기적 특성을 가진 원자 두께의 합금을 만들었다. 이 2차원 합금은 원하는 자기적 특성을 가지도록 설계될 수 있다.

원자층 두께의 시트를 만들기 위해서 화학 기상 증착법을 사용했고, 도핑을 통해서 다른 원소를 추가했다. 생성된 2차원 나노시트는 예상치 못한 자기적 특성을 가졌다.

이번 연구진은 전이금속과 칼코겐 원자가 결합된 전이금속 칼코겐화물를 이용했다. 화학 기상 증착 동안에 도펀트 원소를 첨가함으로써 2차원 결정 시트의 원자를 재배치했다. 이러한 물리적 변화는 결정의 기계적 및 전기적 특성을 변화시켰다.

이번 연구진은 도핑 물질이 2차원 결정 속에서 상전이를 불러올 것이라고 예상했고, 다양한 농도의 몰리브덴 디셀레니드(molybdenum diselenide)에 레늄(rhenium)을 첨가함으로써 원자 구조를 변화시켜서 이것의 특성들을 조절할 수 있었다.

자성 재료를 만들 때 일반적으로 철 또는 코발트와 같은 자성 원소를 사용한다. 그러나 이번 연구에서 레늄은 자성 재료가 아니지만 원자 수준에서 적절한 조합을 이룰 때 자성을 가졌다. 이 연구는 2차원 합금으로 스핀트로닉스(spintronics) 소자를 설계하는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Advanced Materials에 “Re Doping in 2D Transition Metal Dichalcogenides as a New Route to Tailor Structural Phases and Induced Magnetism” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adma.201703754).