이 연구 주제는 그래핀, 전이금속 칼코게나이드(TMD), 육방정계 질화붕소(hBN)와 같은 이차원 물질을 기반으로 원자층 수준에서 새로운 나노구조를 설계하고, 그 안에서 나타나는 전자·광학·기계적 물성을 규명하는 데 초점을 둔다. 특히 서로 다른 원자층을 적층하여 형성되는 반데르발스 헤테로구조는 기존 벌크 재료에서는 얻기 어려운 새로운 밴드 구조와 계면 현상을 보여 주며, 차세대 반도체 및 광전자 소자 개발의 핵심 플랫폼으로 주목받고 있다. 연구실은 이러한 구조에서 층간 상호작용과 원자 배열이 물성에 어떤 영향을 미치는지 체계적으로 탐구한다. 대표적으로 모아레 초격자와 관련된 연구는 층간 비틀림이나 격자 상수 차이에서 비롯되는 주기적 퍼텐셜이 여기자, 전하, 포논의 거동을 어떻게 바꾸는지를 해석하는 데 중요한 의미를 갖는다. 본 연구실의 연구 맥락에서는 van der Waals 헤테로구조에서의 모아레 여기자, 비틀린 hBN 층에서의 정전기적 모아레 퍼텐셜과 같은 주제가 핵심적으로 드러난다. 이러한 연구는 단순한 구조 관찰을 넘어, 양자 구속과 계면 결맞음이 전자 상태를 어떻게 재구성하는지를 밝히며, 궁극적으로는 새로운 광응답 특성과 기능성 소자 구현으로 이어질 수 있다. 또한 이차원 재료의 층간 탄성 결합, 계면 안정성, 적층 방식에 따른 구조적 변화도 중요한 연구 축이다. 원자 한 층 또는 수 층 규모에서의 결합력과 변형 응답을 정량화하면, 유연 전자소자나 초박막 소자의 신뢰성 향상에 필요한 기초 데이터를 확보할 수 있다. 따라서 이 연구는 기초 응집물질물리와 재료공학을 연결하면서, 차세대 나노전자·광전자·양자소재 분야의 기반 기술을 제공하는 방향으로 확장되고 있다.

이 연구 주제는 원자힘현미경(AFM)과 측면힘현미경(LFM)을 활용하여 나노스케일 계면에서 발생하는 마찰, 탄성, 표면 형상, 원자 격자 이미징 특성을 정밀하게 분석하는 데 중점을 둔다. 이차원 물질은 원자적으로 얇고 표면 민감도가 매우 높기 때문에, 미세한 팁 구조 변화나 환경 조건 차이에도 측정 결과가 크게 달라질 수 있다. 연구실은 이러한 실험적 민감성을 오히려 장점으로 활용하여, 원자 수준에서 재료의 계면 상호작용과 기계적 응답을 밝혀내고자 한다. 구체적으로는 AFM 팁 끝단의 원자 배열이 그래핀이나 MoS2와 같은 시료의 원자 격자 이미지에 미치는 영향, thermal drift가 이미지에 유발하는 인공 신호, Lennard-Jones 퍼텐셜 및 cutoff 반경이 마찰 계산에 미치는 영향 등 측정의 신뢰성과 해석 정확도를 높이는 연구가 포함된다. 또한 그래핀과 혼합층 구조의 마찰 특성, SiO2 기준 시료의 참조 특성 재검토, 층간 탄성 결합 측정과 같은 연구는 나노기계 물성의 기준 정립이라는 점에서 의미가 크다. 이러한 접근은 단순한 현미경 관찰을 넘어, 나노스케일 인터페이스 과학의 정량화로 이어진다. 이와 같은 AFM 기반 연구는 초박막 반도체, 센서, 유연 소자, 저마찰 표면 설계 등 다양한 응용 분야와 직접 연결된다. 특히 이차원 재료 기반 소자의 성능은 계면 접촉과 표면 상태에 크게 좌우되므로, 나노 접촉역학과 마찰 에너지 장벽을 정확히 이해하는 것은 소자 신뢰성 향상에 필수적이다. 연구실의 성과는 고해상도 물성 분석 기법 개발뿐 아니라, 향후 나노가공과 소자 공정 최적화에 활용될 수 있는 정밀 측정 프레임워크를 제공한다.

이 연구 주제는 그래핀 산화물(GO)과 환원 그래핀 산화물(rGO)의 구조·전기적 특성을 정밀하게 제어하여 차세대 전자재료로 활용하는 데 초점을 둔다. 그래핀 산화물은 대면적 제조와 용액 공정 측면에서 장점이 있지만, 전기전도성이 낮고 구조적 불균일성이 존재한다. 연구실은 이러한 한계를 극복하기 위해 나노스케일에서 선택적으로 환원하거나 구조를 재구성함으로써, 전도성과 형상 특성을 동시에 제어하는 접근을 수행해 왔다. 특히 가열된 AFM 팁을 이용한 국소 열환원 방식은 그래핀 산화물의 표면을 나노미터 수준에서 직접 가공하면서 전기적 특성을 조절할 수 있다는 점에서 매우 독창적이다. 이를 통해 깨끗하고 빠르며 재현성 있게 전도성 나노리본이나 미세 패턴을 형성할 수 있고, 나노전자소자 제작에 필요한 미세 구조를 단일 공정 내에서 구현할 수 있다. 또한 다층 그래핀 산화물 박막의 상온 준안정성 연구는 구조 변화와 물성 열화 메커니즘을 이해하는 데 기여하며, 장기 안정성을 요구하는 소자 응용의 핵심 문제를 다룬다. 이러한 연구는 단순한 재료 합성이나 분석을 넘어, 그래핀 기반 전자소자 공정 기술과 직접 연결된다. 선택적 환원과 나노패터닝은 유연 전자소자, 투명 전극, 센서, 광전자 소자 등에서 요구되는 기능성 회로 형성에 활용될 수 있으며, 공정 해상도와 전기적 성능을 동시에 확보할 가능성을 보여 준다. 결과적으로 본 연구는 그래핀 계열 소재의 실용화를 앞당기는 핵심 기반 기술로서 의미가 크다.