스마트박막실험실은 양자 소재와 기능성 박막의 합성 및 전자구조 연구를 핵심으로 삼고 있습니다. 본 연구실에서는 칼코겐화물과 산화물 박막 등 저차원계 물질을 다양한 성장법(분자빔 에피택시, 스퍼터링, 화학기상증착 등)을 통해 합성하고, 이들의 결정 구조와 표면 특성을 정밀하게 제어합니다. 이를 통해 기존 소재가 갖지 못한 새로운 물리적 특성, 예를 들어 금속-절연체 전이, 강상관계, 자성, 초전도성 등 다양한 현상을 탐구합니다. 합성된 박막의 전자구조는 주로 광전자분광법(ARPES, XPS)과 같은 첨단 분석 장비를 활용하여 측정합니다. 이러한 측정은 박막의 두께, 결정상, 도핑 상태에 따른 전자 밴드 구조의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있게 하며, 저차원계에서만 나타나는 특이한 전자상태(예: 페르미 표면 네스팅, 위상전이 등)를 규명하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한, 구조적·화학적 결함이 전자구조에 미치는 영향도 체계적으로 분석하여, 소재의 기능성 향상에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 전자소자, 스핀트로닉스, 에너지 변환 및 저장 장치 등 다양한 응용 분야로의 확장 가능성을 지니고 있습니다. 특히, 박막의 성장 조건과 구조 제어를 통해 새로운 물성의 구현 및 응용 기술 개발에 앞장서고 있으며, 국내외 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실질적인 기술 이전과 산업화에도 기여하고 있습니다.

본 연구실은 2차원 전이금속 칼코겐화물(TMDs) 및 산화물 기반의 반도체 박막, 투명 전도성 산화물(TCO/TSO) 등 에너지 응용 소재의 대면적 합성과 특성 분석에 집중하고 있습니다. 화학기상증착(CVD), 전자빔 증착, 반데르발스 에피택시 등 다양한 성장법을 융합하여, 원자 단위의 두께 제어와 결정립 크기 조절이 가능한 박막을 제작합니다. 이를 통해 전자소자, 광소자, 에너지 변환 소자 등에서 요구되는 고성능 소재를 개발하고 있습니다. 합성된 2차원 반도체 박막은 광전자분광, 라만 분광, 엘립소메트리, 전기수송(홀, 4-프로브) 등 다양한 분석법을 통해 전자구조, 결함, 계면 특성, 광학적 특성 등을 다각도로 평가합니다. 특히, 박막의 두께와 결정상에 따른 밴드갭 변화, 계면에서의 전하 이동 및 트랩 특성, 그리고 외부 자극(온도, 전기장, 광조사 등)에 따른 물성 변화를 정밀하게 측정하여, 소재의 근본적인 물리 현상과 응용 가능성을 동시에 탐구합니다. 이러한 연구는 차세대 반도체 소자, 투명 전극, 고효율 태양전지, 메모리 소자 등 다양한 에너지 및 정보기술 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 실시간 성장 모니터링 및 머신러닝 기반 데이터 분석을 도입하여, 소재 합성의 자동화와 최적화, 그리고 신소재 발굴에도 앞장서고 있습니다. 이를 통해 미래 산업을 선도할 수 있는 혁신적 소재 및 소자 기술 개발에 기여하고 있습니다.