광화학소재연구회

오랫동안 과학자들은 촉망받는 결정성 반도체인 입방체 갈륨 나이트리드(gallium nitride)의 표면 구조를 이해하고 있는 것으로 생각했었다. 하지만 최근 오하이오대학교(Ohio University)와 바르셀로나대학교(Universitat Autònoma de Barcelona)의 국제 연구팀은 이러한 생각을 전복시킬 연구 결과를 발표하였다. 9월 30일자 Physical Review Letters지에 레이저와 다른 전자 장치에 사용될 수 있는 결정성 물질의 표면 구조에 대한 새로운 견해가 소개되었다. 오하이오대학교 물리 및 천문학과 조교수인 Nancy Sandler와 바르셀로나대학교 교수인 Pablo Ordejón은 현재 받아들여지고 있는 모델을 사용해 몇 가지 성질을 계산하여 결정 표면의 새로운 그림을 얻을 수 있었다. 실험가인 Hamad Al-Brithen와 오하이오의 부교수인 Arthur Smith 박사는 표면의 이미지를 얻기 위해 주사 터널링 현미경을 사용하였다. 연구진은 모델 이미지와 실험 이미지를 비교했을 때 중요한 하나의 세부정보만을 제외한 이론과 실험이 일치한다는 것을 발견하였다. 이전에 연구자들은 표면에 있는 원자가 한 방향으로 네 개의 그룹이, 다른 방향으로 단지 하나가 정렬된다고 생각했었다고 Smith는 말했다. 이러한 불일치는 지난 7년 동안 받아들여졌던 모델과 표면 구조에 대한 의구심을 갖게 만들었다(그림 참조). 실험자의 손을 타기 때문에 재료의 표면을 다루기가 쉽지 않다고 Smith는 말했다. 상이한 구조는 결정 표면을 다른 원소에 노출시킴으로써 제조될 수 있었다. 예를 들어 결정 표면에 비소의 우연한 접촉은 문헌의 데이터와 상이한 차이를 나타냈다. 표면 모델링의 상대성은 표면 위의 원자 정렬이 벌크 물질과 본질적으로 다를 수 있다는 것이라고 Sandler는 말했다. 연구 결과는 과학자들에게 레이저와 표시 장치 및 청색의 빛 방출 다이오드와 같은 전자 소자로써 입방체 갈륨 나이트리드의 사용법을 제시한다. 그러나 과학자들이 위와 같은 잠재적으로 가치가 있는 물질을 사용하기 전에 결점을 다룰 수 있는 기초적인 성질을 이해해야만 할 것이라고 오하이오 대학교의 나노스케일 및 양자 현상 연구소(Nanoscale and Quantum Phenomena Institute)장인 Smith는 말했다. 입방체 갈륨 나이트리드는 성장시키기가 쉽지 않지만, 재료의 성질은 상용화된 물질에 대해 호환성이 우수하여, 소자 집적시 중요한 의미를 부여한다. 연구의 재정은 국립 과학재단(National Science Foundation) 및 스페인 과학기술부(Ministry of Science and Technology) 산하 교육과학부(Ministry of Education and Science)에 의해 지원되었다. 그림 설명: GaN 표면의 실험 및 이론적인 이미지. 출처: Ohio University