[더지엠뉴스] 중국 연구진이 세계 최초로 대면적 2차원(2D) 금속 소재를 개발하는 데 성공했다.

중국과학원 물리연구소(IOP) 연구팀은 두께가 단 하나의 원자층에 불과한 금속층을 구현하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 이는 인간 머리카락의 20만 분의 1, A4 용지의 100만 분의 1 두께 수준으로, 기존 2D 금속 연구의 한계를 뛰어넘는 혁신적 성과로 평가된다.

이번 연구 성과는 금속층의 대면적 생산을 가능하게 하면서도 다양한 환경에서 높은 안정성을 유지하는 것이 특징이다. 연구진은 “이전까지 소규모로 제작된 얇은 금속층은 매우 불안정했지만, 이번에 개발된 2D 금속 소재는 1년이 지나도 성능 저하 없이 안정적으로 유지된다”고 설명했다.

과학적으로 2D 소재는 원자 한 층 또는 몇 개 층의 두께를 갖는 물질을 의미하지만, 금속을 이 수준으로 얇게 제작하는 것은 오랜 기간 난제로 남아 있었다.

이번 연구는 장광위(张广宇) 연구팀이 개발한 ‘반데르발스(vdW) 압착’이라는 원자 수준 제조 기술을 통해 가능해졌다. 연구진은 원자적으로 평평한 vdW 소재를 활용한 특수한 모루(anvil)를 이용해 금속을 녹인 뒤 압착하는 방식으로 비스무트, 주석, 납 등의 2D 금속을 성공적으로 제작했다.

장 연구원은 “이 기술은 초소형 저전력 트랜지스터, 고주파 소자, 투명 디스플레이, 초민감 센서 및 고효율 촉매 등의 개발에 있어 중요한 돌파구가 될 것”이라고 강조했다.

또한 연구팀은 vdW 압착 기술이 2D 금속 합금, 비정질 소재, 비층상 구조를 갖는 2D 소재 등의 원자 수준 제조 가능성을 열어, 양자 소자, 전자 소자, 광전자 소자 등 차세대 기술 개발에도 기여할 것으로 전망했다.

연구진 중 한 명인 두뤄쥔(杜洛君) 박사는 “이번 연구는 기존의 vdW 층상 물질 시스템을 뛰어넘어, 2D 소재군의 중요한 공백을 채운다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처(Nature)’에 Realization of 2D metals at the ångström thickness limit이라는 제목으로 발표됐다.