막대한 연산량의 필요성이 대두됨에 따라 기존 CMOS 기술에 대한 유망한 대안으로서 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템에 대한 관심이 크게 증가하였다. 본 논문은 다양한 외부 정보를 위한 고급 프로세서로 구현될 수 있는 다중 입력 신호 처리를 정밀하게 재구성하는 뉴로모픽 하드웨어 알고리즘을 제시하며, 수소 폭발 위험도 평가 시스템을 개념 증명의 사례로 시연한다. 수소 농도와 온도를 신호 통합을 위한 감각 입력으로 사용하고, 수소 센서로부터의 전기적 신호에 대한 온도의 영향을 센서 회로를 통해 상쇄함으로써 이들의 정밀한 값을 결정한다. 각 신호는 이후 가중치 제어 회로에 의해 갱신되고, 다중 입력 인공 시냅스를 이용하여 수소 폭발 위험도를 나타내는 시냅스후 전류(postsynaptic current)로 변환된다. 이러한 회로의 단순성은 모든 구성요소 및 회로의 제작이 간단한 잉크젯 인쇄 방식과 호환되도록 하여, 비용 효율적이고 고처리량 제조를 가능하게 한다. 또한 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실시간 시연을 성공적으로 수행하여, 뉴로모픽 컴퓨팅의 실제 적용에 대한 통찰을 제공한다.

메타표면(metasurfaces)은 입사광의 위상과 진폭을 정밀하게 제어할 수 있게 하는 평면 형태의 나노구조 어레이이다. 메타표면은 기초 과학과 응용 분야 모두에서 새로운 능동 소자를 제공하지만, 정보 수용력의 낮음과 수동적 성격을 극복하는 과제는 여전히 남아 있다. 본 연구에서는 역설계된 메타표면(inverse‐designed‐metasurface)을 비스듬한 나선형 콜레스테릭 액정(oblique helicoidal cholesteric liquid crystal, Ch OH)과 통합하여, 높은 정보 수용력을 갖는 동적 초분광(하이퍼스펙트럴) 홀로그래피를 위한 동시적 공간 및 분광 가변 메타표면을 시연한다. 역설계는 서로 다른 파장에서의 10개의 독립적인 홀로그램 이미지를 단일 위상 맵(phase map)으로 인코딩할 수 있게 한다. Ch OH는 프로그램된 자극에 반응하여 좁은 대역폭과 폭넓은 가변 영역을 바탕으로 정밀한 분광 조절을 제공하며, 그 결과 다색 홀로그래피의 동적 스위칭이 가능해진다. 이러한 결과는 보안 플랫폼을 포함하여 수많은 응용 분야에서 활용될 대화형 메타표면의 합리적 설계를 위한 간단하고 일반화 가능한 원리를 제시한다.

막대한 연산량의 필요성이 대두됨에 따라 기존 CMOS 기술에 대한 유망한 대안으로서 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템에 대한 관심이 크게 증가하였다. 본 논문은 다양한 외부 정보를 위한 고급 프로세서로 구현될 수 있는 다중 입력 신호 처리를 정밀하게 재구성하는 뉴로모픽 하드웨어 알고리즘을 제시하며, 수소 폭발 위험도 평가 시스템을 개념 증명의 사례로 시연한다. 수소 농도와 온도를 신호 통합을 위한 감각 입력으로 사용하고, 수소 센서로부터의 전기적 신호에 대한 온도의 영향을 센서 회로를 통해 상쇄함으로써 이들의 정밀한 값을 결정한다. 각 신호는 이후 가중치 제어 회로에 의해 갱신되고, 다중 입력 인공 시냅스를 이용하여 수소 폭발 위험도를 나타내는 시냅스후 전류(postsynaptic current)로 변환된다. 이러한 회로의 단순성은 모든 구성요소 및 회로의 제작이 간단한 잉크젯 인쇄 방식과 호환되도록 하여, 비용 효율적이고 고처리량 제조를 가능하게 한다. 또한 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 실시간 시연을 성공적으로 수행하여, 뉴로모픽 컴퓨팅의 실제 적용에 대한 통찰을 제공한다.

메타표면(metasurfaces)은 입사광의 위상과 진폭을 정밀하게 제어할 수 있게 하는 평면 형태의 나노구조 어레이이다. 메타표면은 기초 과학과 응용 분야 모두에서 새로운 능동 소자를 제공하지만, 정보 수용력의 낮음과 수동적 성격을 극복하는 과제는 여전히 남아 있다. 본 연구에서는 역설계된 메타표면(inverse‐designed‐metasurface)을 비스듬한 나선형 콜레스테릭 액정(oblique helicoidal cholesteric liquid crystal, Ch OH)과 통합하여, 높은 정보 수용력을 갖는 동적 초분광(하이퍼스펙트럴) 홀로그래피를 위한 동시적 공간 및 분광 가변 메타표면을 시연한다. 역설계는 서로 다른 파장에서의 10개의 독립적인 홀로그램 이미지를 단일 위상 맵(phase map)으로 인코딩할 수 있게 한다. Ch OH는 프로그램된 자극에 반응하여 좁은 대역폭과 폭넓은 가변 영역을 바탕으로 정밀한 분광 조절을 제공하며, 그 결과 다색 홀로그래피의 동적 스위칭이 가능해진다. 이러한 결과는 보안 플랫폼을 포함하여 수많은 응용 분야에서 활용될 대화형 메타표면의 합리적 설계를 위한 간단하고 일반화 가능한 원리를 제시한다.

폴리이미드 기반 유전체 박막은 열/화학적 안정성, 기계적 유연성 및 절연 특성 때문에 유기 박막 트랜지스터(OFETs)를 포함한 다양한 박막 소자에서 널리 사용된다. 한편, 고온 어닐링(≈200 °C)이 일반적으로 그와 같은 우수한 특성을 가진 폴리이미드 박막으로 전구체를 전환하는 데 필요하므로, 플라스틱 기판에 코팅할 수 있도록 공정 온도를 낮추는 문제에 상당한 관심이 집중되고 있다. 또한 폴리이미드 기반 유전체 박막은 낮은 유전율(k)(<4)을 가진다. 따라서 폴리이미드의 k 특성을 조절하는 것은 실제 트랜지스터를 위한 절연 박막으로의 응용에서 핵심적인 과제이다. 본 논문은 광 패터닝/공정성 및 고-유전율 특성을 위한 사이드 체인으로 메타크릴로일(methacryloyl) 모이어티를 포함하는 새로운 유형의 폴리이미드 기반 게이트 유전체(PI-MA)를 보고한다. 본 연구는 광(photocure) 경화된 PI-MA 박막이 후처리 어닐링 공정이 없어도 우수한 절연 특성(누설 전류 밀도 < 10 −8 A cm⁻ 2, 4 MV cm⁻1에서)과 높은 유전율 특성(≈8)을 나타냄을 보여준다. 마지막으로, 인쇄형 박막 트랜지스터에서 PI-MA를 사용하면 저전압 구동(5 V 이내)과 집적 논리 게이트 소자(NOT, NAND 및 NOR 게이트)에서 높은 성능을 구현할 수 있다.

단일벽 탄소 나노튜브(SWNTs)는 높은 캐리어 이동도, 조절 가능한 밴드갭, 우수한 기계적 특성으로 인해 전자 응용에 유망한 소재로 평가된다. 그러나 혼합물 내에 금속성 SWNTs가 존재하면 소자 성능이 저하되어 반도체성 SWNTs(sc-SWNTs)의 분리가 요구된다. 접합 고분자 래핑(conjugated polymer wrapping)은 간편성과 높은 선택성으로 인해 이러한 선택적 분리를 위한 대표적인 기술이지만, SWNT의 최적 밀도, 균일성 및 재현성을 달성하는 데에는 여전히 과제가 남아 있다. 본 연구에서는 사전 패터닝된 알카인(alkyne) 기능화 접착층 위에서 click 반응을 수행하여 화학적 자기조립 단분자층(sc-SWNTs)을 제작하였다. 우리는 아자이드(azide) 함량의 변이가 sc-SWNT 선택성, SWNT 수(number) 밀도, 균일성 및 네트워크 분포에 미치는 영향을 규명하고, 이것이 후속적으로 박막 트랜지스터(field-effect transistor, FET) 성능에 미치는 영향까지 함께 평가하였다. 또한 효과적인 화학적 자기조립을 유지하면서 래핑 고분자 측쇄의 아자이드 기능화를 점진적으로 감소시키면 sc-SWNT 선택성을 향상시킬 수 있음을 제안한다. 아자이드 함량을 일정 수준까지 감소시켰을 때 sc-SWNT의 순도, 박막 밀도 및 FET 성능이 유의미하게 향상되었다. 본 연구는 아자이드 기능화 최적화를 통해 sc-SWNT 선택성, 순도 및 소자 성능을 향상시키는 경로를 제시함으로써, SWNT 기반 전자소자의 상용화를 진전시킨다.

또한 성능 향상을 위해 무기 충전제를 도입하는 첨단 혼합상(혼합매트릭스) 막이 구분되었다. 본 리뷰는 실용적 응용에서 수소 선택도, 투과도, 내구성 측면에 따른 가스 분리 막 및 막 재료의 발전을 포괄적으로 개관한다. 다양한 기존 및 고도화된 기술을 분석함으로써, 본 리뷰는 수소 분리 막에 대한 종합적인 재료 관점을 제공하며, 지속 가능한 미래를 위한 수소 에너지를 뒷받침한다.

본 논문은 click 반응을 통해 nearly monolayer(거의 단일층) 반도체성 단벽 탄소 나노튜브(sc-SWNTs)를 활용하는 아밀로이드-β(Aβ) 바이오센서 플랫폼을 제시한다. 고순도 sc-SWNT 잉크는 실리카겔의 첨가와 함께 결합 폴리머 감싸기(conjugated polymer wrapping) 방법을 사용하여 제조하였다. Aβ 검출은 sc-SWNT 층의 전기적 저항을 모니터링하는 방식으로 수행하였다. 전기적 저항은 아밀로이드-β 1-42(Aβ1-42) 펩타이드의 농도에 따라 빠르게 증가하였다. 또한 우리는 1-pyrenebutanoic acid succinimidyl ester(PBASE) 링커에 Aβ 펩타이드를 도입하였으며, 항체-항원 반응에 의한 펩타이드의 화학적 흡착만이 전기적 저항의 유의한 변화를 야기함을 확인하였다. 최적화된 센서는 10 pM 농도에서 Aβ에 대해 29%의 높은 민감도를 보였다. 특히, 화학적으로 고정화된 sc-SWNT 네트워크를 포함하는 바이오센서 플랫폼은 Aβ 항체 이외에도 다양한 생체수용체를 도입함으로써 맞춤형으로 커스터마이즈할 수 있다.

2차원(2D) 적층 페로브스카이트는 높은 구조적 안정성과 유리한 광전자 특성을 갖는 반도체 소재로서의 잠재력 때문에 페로브스카이트 연구 분야에서 상당한 관심을 받아왔다. 여러 후보들 중에서도 이질양이온(diammonium) 유기 스페이서를 포함하는 2D Dion–Jacobson(DJ) 페로브스카이트는 뛰어난 안정성으로 두드러진다. 이러한 안정성은 스페이서의 견고한 수소 결합에 기인하며, 그 결과 무기 팔면체 케이지 층 사이의 거리가 더 짧아진다. 본 연구에서는 3-(aminomethyl)piperidinium tin iodide (3AMPSnI4) 및 4-(aminomethyl)piperidinium tin iodide (4AMPSnI4)를 도입함으로써 Sn2+ 페로브스카이트 박막 트랜지스터에서 2D DJ 페로브스카이트의 주목할 만한 구조적 안정성을 규명하고자 하였다. 아미노메틸기의 위치가 달라짐에 따라 결정 격자의 왜곡 정도가 결정되며, 이는 각 시료의 광학 및 전기적 특성에 영향을 미친다. 비교적 낮은 왜곡을 보이는 3AMPSnI4는 10배 증가된 전계효과 이동도(field-effect mobility)와, 입자 크기가 10 μm를 초과하고 밴드갭이 더 좁은 고품질 박막을 통해 온/오프 전류비(on/off current ratio)가 2자릿수(2 orders of magnitude) 향상된 트랜지스터 성능을 나타낸다. 또한, 실온 대기 공기 노출 하에서의 박막 및 소자의 안정성 역시 현저히 개선되어, 2D DJ 페로브스카이트는 24 h를 초과하는 동안 결정 구조를 유지하며, 이는 2D Ruddlesden–Popper 페로브스카이트에 비해 주목할 만한 향상이다.