IBS Center for van der Waals Quantum Solids
신소재공학과
조문호
IBS Center for van der Waals Quantum Solids 연구실은 신소재공학 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 2차원 반도체, 나노구조체, 이종접합 구조 등 첨단 나노소재의 합성, 특성 분석, 그리고 소자 응용에 이르기까지 폭넓은 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 전이금속 칼코겐화합물, 그래핀, h-BN 등 다양한 2차원 소재의 원자층 성장과 계면 엔지니어링, 결함 제어 등 소재의 근본적 특성 규명에 주력하고 있습니다.
연구실은 단일 원자층 및 이종접합 구조에서 나타나는 새로운 양자 현상, 예를 들어 모아레 초격자에서의 상호작용, 스핀 및 밸리 자유도의 제어, 고차원 토폴로지 절연체의 특성 등 첨단 물리 현상을 실험적으로 규명하고 있습니다. 또한, 결함 엔지니어링을 통한 광전자 소자의 성능 향상, 트라이온 및 엑시톤 등 새로운 광학적 현상의 관찰과 이론적 해석에도 많은 노력을 기울이고 있습니다.
나노소재 기반의 광전자 소자, 양자소자, 신경모방 소자, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있으며, 초고속 광응답, 고감도 광검출, 협대역 및 광대역 발광, 고효율 광전변환 등 실질적 소자 성능 향상에 중점을 두고 있습니다. 인공지능 및 딥러닝 기반의 결함 검출, 대규모 실험 데이터 관리 및 분석 플랫폼 개발 등 데이터 기반 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 정보통신, 양자컴퓨팅, 에너지 변환, 바이오센서 등 미래 산업에 적용될 수 있는 원천기술 확보에 기여하고 있습니다. 연구실은 국내외 다양한 산학연 협력과 대형 연구 프로젝트를 통해 혁신적인 연구 성과를 창출하고 있으며, 신소재공학 분야의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.
앞으로도 IBS Center for van der Waals Quantum Solids 연구실은 나노소재 및 양자소자 분야에서 새로운 과학적 발견과 기술 혁신을 이끌어 나가며, 미래 사회의 핵심 기술 발전에 기여할 것입니다.
2차원 반도체 및 나노구조체의 합성과 특성 연구
본 연구실은 2차원 반도체 및 나노구조체의 합성과 특성 분석에 중점을 두고 있습니다. 전이금속 칼코겐화합물(MoS2, WS2, WSe2 등)과 같은 2차원 소재의 원자층 성장, 이종접합 구조 형성, 그리고 이들의 전기적·광학적 특성 제어를 위한 다양한 합성 방법론을 개발하고 있습니다. 이를 위해 화학 기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 등 첨단 나노소재 합성 기술을 활용하며, 원자 수준에서의 결함 제어, 도핑, 계면 엔지니어링 등 소재의 기능을 극대화하는 연구를 수행합니다.
이러한 연구는 단일 원자층에서의 전하 이동, 계면 결합, 결함의 역할 등 미시적 현상을 규명하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 최근에는 이종접합 구조의 계면에서 나타나는 새로운 양자 현상, 예를 들어 모아레 초격자에서의 상호작용, 스핀 및 밸리 자유도의 제어 등도 활발히 연구되고 있습니다. 또한, 결함 엔지니어링을 통한 광전자 소자의 성능 향상, 새로운 광학적 현상(예: 트라이온, 엑시톤 등)의 실험적 관찰 및 이론적 해석도 주요 연구 주제입니다.
이러한 연구는 미래의 초고속, 저전력 전자소자, 차세대 광전자 소자, 양자정보 소자 등 다양한 응용 분야로의 확장 가능성을 가지고 있습니다. 나노구조체의 정밀 합성과 특성 분석을 통해 소재의 한계를 극복하고, 새로운 물리 현상과 기능성 소자의 개발에 기여하고자 합니다.
나노광전자 및 양자소자 응용 연구
연구실은 2차원 나노소재를 기반으로 한 나노광전자 및 양자소자 응용 연구에도 집중하고 있습니다. 단일 원자층 반도체, 그래핀, h-BN 등 다양한 2차원 소재를 조합하여 이종접합 구조, 초격자, 나노와이어 등 다양한 형태의 소자를 제작하고, 이들의 광전 특성, 전자 이동, 스핀 및 밸리 자유도 제어 등 첨단 물리 현상을 탐구합니다. 특히, 초고속 광응답, 고감도 광검출, 협대역 및 광대역 발광, 고효율 광전변환 등 실질적 소자 성능 향상에 초점을 맞추고 있습니다.
최근에는 인공지능 기반의 결함 검출, 자동화된 소재 분석 플랫폼 개발 등 데이터 기반 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 딥러닝 알고리즘을 활용한 전이금속 칼코겐화합물 내 결함 자동 검출, 대규모 실험 데이터 관리 및 분석 시스템 구축 등은 나노소재 연구의 효율성과 정확성을 크게 높이고 있습니다. 또한, 고차원 토폴로지 절연체, 스핀홀 효과, 양자 홀 효과 등 양자역학적 현상을 소자 수준에서 구현하고 제어하는 연구도 병행되고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 정보통신, 양자컴퓨팅, 신경모방 소자, 바이오센서 등 다양한 미래 산업에 적용될 수 있는 원천기술을 확보하는 데 목적이 있습니다. 나노광전자 및 양자소자 연구를 통해 기존 한계를 뛰어넘는 혁신적 소자와 시스템 개발에 기여하고 있습니다.
1
Ultrafast Floquet engineering of Fermi-polaron resonances in charge-tunable monolayer WSe2 devices
Choi, H., Kim, J., Park, J., Lee, J., Heo, W., Kwon, J., Lee, S.-H., Ahmed, F., Watanabe, K., Taniguchi, T., Sun, Z., Jo, M.-H., Choi, H.
Nature Communications, 2024
2
Ultrafast Control over Stiffening and Softening of Coherent Interlayer Coupling in WSe2/WS2 Heterobilayers
Kim, J., Suh, J., Lee, S.-H., Watanabe, K., Taniguchi, T., Ahmed, F., Sun, Z., Jo, M.-H., Min, H., Choi, H.
Nano Letters, 2024
3
Narrowband Electroluminescence from Color Centers in Hexagonal Boron Nitride
Park, G., Zhigulin, I., Jung, H., Horder, J., Yamamura, K., Han, Y., Cho, H., Jeong, H.-W., Watanabe, K., Taniguchi, T., Oh, M., Lee, G.-H., Jo, M.-H., Aharonovich, I., Kim, J.
Nano Letters, 2024
2
융합 기술을 통한 자기조립 집적형 반도체 나노선 정렬 구조 제작 및 분석 기술 (3/3,2단계) (포항공대이관 2012.03.01)
3
광대역 실리콘 광전 집적 소자(3/3,1단계)
