이 연구실은 펄스 레이저 증착법(PLD)을 중심으로 에피택시 산화물 박막을 정밀하게 성장시키고, 박막의 결정성·배향성·두께·변형률(strain)·계면 구조를 제어함으로써 새로운 기능성을 구현하는 연구를 수행한다. 특히 SrTiO3, BiFeO3, BiVO4, WO3, 니켈레이트, 페로브스카이트계 산화물과 같은 복합 산화물 시스템에서 원자층 수준의 구조 제어를 통해 전기적, 유전적, 광전기화학적 특성이 어떻게 달라지는지를 체계적으로 규명한다. 이러한 접근은 단순한 소재 합성을 넘어, 구조-물성 상관관계를 정밀하게 해석하는 재료공학 연구의 핵심을 이룬다. 연구실의 대표적인 학술 성과는 박막의 축소 차원에서 상온 강유전성이 발현되는 현상, 산화물 계면에서 전자 상관효과에 의해 금속성 및 절연성이 제어되는 현상 등으로 나타난다. 이는 기존에 부피 재료에서는 관찰되지 않거나 약하게 나타나던 기능을 박막과 계면에서 새롭게 끌어내는 전략이며, 나노전자소자와 차세대 기능성 재료 설계에 중요한 기초를 제공한다. 또한 자기조립 나노결정 배열 위의 에피택시 성장, 이종접합 설계, 도메인 및 결정면 제어 같은 기술은 산화물 박막 연구를 더욱 정교한 방향으로 확장시키고 있다. 이러한 연구는 차세대 전자재료, 센서, 광전극, 유전소자, 상관전자계 소자 등 다양한 응용으로 이어질 수 있다. 특히 결정면과 계면을 능동적으로 설계하여 원하는 물성을 유도하는 방식은 향후 고집적 전자소자 및 에너지 재료 개발에 매우 유망하다. 연구실은 고품질 단결정 박막 제작 능력과 고급 물성 분석 역량을 바탕으로, 기능성 산화물의 본질적 현상 이해와 실용적 소자 구현을 동시에 지향하고 있다.

이 연구실의 또 다른 핵심 축은 태양광을 이용해 물, 질산염, 이산화탄소, 글리세롤과 같은 물질을 전환하는 광전기화학(photoelectrochemical) 시스템 개발이다. 연구실은 산화물 광전극과 유기금속 할라이드 페로브스카이트 광전극을 모두 다루며, 무전압 수전해, 태양광 기반 수소 생산, 질산염 환원, 선택적 유기물 산화 등 탄소중립 및 자원순환과 연결되는 응용 연구를 활발히 수행하고 있다. 이는 재료 설계와 전기화학 반응 공학을 결합한 융합형 연구 분야로서, 차세대 그린수소 및 태양연료 생산 기술에 직결된다. 구체적으로는 BiVO4, WO3, CuBi2O4, ZnO/ZnS, 헤테로접합 산화물, 실리콘 광전극, TMD 촉매층, 페로브스카이트 기반 dual photoelectrode 등을 활용하여 광흡수, 전하 분리, 표면 반응, 촉매 활성, 내구성을 동시에 개선하는 전략을 발전시켜 왔다. 결정면 제어, 산소 결함 조절, 보레이트 처리, 강유전층 삽입, 나노로드 및 이종접합 설계, 촉매-전해질 미세환경 제어 등은 모두 광전기화학 반응 효율 향상을 위한 핵심 기술이다. 특히 무전압 태양광 물분해와 암모니아·요소 합성 같은 연구는 단순 수소 생산을 넘어 고부가 화합물 합성으로 연구 범위를 넓히고 있다. 최근에는 미정제 글리세롤과 저농도 질산염을 동시에 처리하는 무전원 광전기화학 전환 시스템, 페로브스카이트 기반 고효율 광전기화학 셀, 도시형 생활폐기물 가스화와 연계된 자원 전환 플랫폼 등으로 연구가 확장되고 있다. 이는 에너지 생산과 환경 정화를 동시에 달성하려는 방향이며, 실험실 수준의 광전극 개발을 넘어 시스템 통합 및 실증 기반 구축으로 이어지고 있다는 점에서 의미가 크다. 연구실은 박막 성장 기술과 표면/계면 설계 역량을 활용하여, 태양에너지를 화학에너지로 전환하는 고효율·고안정성 소재와 소자 플랫폼을 구축하고 있다.

연구실은 기능성 박막의 전기적 특성을 이용한 차세대 정보저장 소자 연구도 중요한 분야로 추진하고 있다. 특히 강유전체 박막, 저항변화 메모리, 다중 정전용량 소자, 멤커패시터와 같은 비휘발성 또는 저전력 동작 소자에 주목하여, 기존 CMOS 기반 메모리의 한계를 보완할 수 있는 새로운 재료 및 소자 구조를 개발하고 있다. 이러한 연구는 재료의 상전이, 분극, 결함, 계면 전하 축적, 도메인 거동을 정밀하게 제어해야 하므로, 박막공학과 전자소자공학이 밀접하게 결합된 분야이다. 특허와 프로젝트를 보면 BiFeO3 기반 강유전층, SrRuO3 전극, HfO2 기반 구조, Sb2Se3 저항변화층 등을 활용한 멤커패시터와 멤리스터 제조 기술이 활발히 개발되고 있다. 공정 압력, 도핑 비율, 에피택셜 성장 조건, 캡핑층 및 이종접합 구조를 조절함으로써 멀티레벨 스위칭 특성, 다중 정전용량 상태, 잔류분극 향상, 에너지 효율 개선을 달성하려는 접근이 두드러진다. 이는 단순한 메모리 소자에 그치지 않고, 인메모리 컴퓨팅이나 초저전력 연산 플랫폼으로 이어질 수 있다는 점에서 주목된다. 장기적으로 이러한 연구는 데이터 저장과 연산을 분리하는 기존 구조의 비효율을 줄이고, 저전력·고집적·다중상태 동작이 가능한 차세대 반도체 및 뉴로모픽 하드웨어 구현에 기여할 수 있다. 연구실은 강유전성과 자성, 정전용량 변화, 저항 스위칭 현상을 박막 수준에서 통합적으로 다루며, 재료 설계에서 소자 제작 및 특성 평가까지 연결하는 연구 체계를 갖추고 있다. 따라서 이 분야는 기능성 산화물 박막 연구의 학문적 깊이와 실용적 전자소자 응용을 동시에 보여주는 대표 연구 주제라 할 수 있다.