[이대수 교수 연구실] Enhanced flexoelectricity at reduced dimensions revealed …

(왼쪽) 변전효과에 의한, SrTiO3 초박막 전기분극 유도. (오른쪽) 변전효과에 의해 유도된 전기분극 크기에 따른 SrTiO3 초박막의 양자 터널링 현상 제어.

  포스텍(포항공대) 이대수 교수 연구팀이 미시세계에서의 변전효과를 측정할 수 있는 방법을 제시하였고 변전효과를 통한 양자 효과 제어의 가능성을 제시하였다. 

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물리학과 이대수 교수 연구팀, 서울대학교 물리학과 노태원 교수 연구팀, Pennsylvania State University 연구팀, 그리고 University of Nebraska, Lincoln 연구팀과의 (국제) 공동연구를 통해, 미시세계에서 변전효과를 측정할 수 있는 방법을 발견하였다고 밝혔다. 이 연구는 저명 학술지인 Nature Commun. 10, 537 (2019)에 게재됐다. 이번 연구는 미시세계에서 변전효과를 효과적으로 연구하고 응용할 수 있는 토대를 마련한 연구로 평가된다.

변전효과 (flexoelectricity) 란 유전체 물질을 휘었을 때 즉, 변형기울기 (strain gradient)가 형성 되었을 때, 압전효과처럼 그 내부에 분극이 생기는 electromechanical coupling을 말한다. 이 효과는 압전효과와는 달리 모든 고체 물질군에서 일어날 수 있고, 크기가 줄어들수록 효과가 커진다는 점에서 앞으로 이미 산업적으로 큰 시장을 형성하고 있는 압전효과를 대체 할 수 있는 대안으로서 최근에 큰 관심을 받고 있는 효과이다. 하지만, 큰 문제점 중에 하나가 각각의 물질에서 분극과 변형 기울기 사이의 상관계수 (flexoelectric coefficient)를 측정하는 방법론에 관한 것이다. 실제로 미시세계로 물질의 크기가 줄어들었을 때 변전효과가 커진다는 것은 상관계수가 변하지 않는다는 가정하에 가능한 일이다. 이번 논문을 통해 저자들은 아주 얇은 SrTiO3 박막에 변형기울기를 가할 때 양자 터널링 전류가 변화되는 점을 발견했고, 이를 통해 미시세계에서의 상관계수 측정방법을 처음으로 고안하고 상관계수가 거시세계에서의 값보다 증폭된다는 것을 발견하였다. 이를 통해 미시세계에서의 변전효과를 측정할 수 있는 방법을 제시하였고 변전효과를 통한 양자 효과의 제어의 가능성을 제시하였다.

연구를 주도한 이대수 교수는 “본 연구는 최근 이슈가 되고 있는 변전효과가 미시세계로 가면서 그 크기가 오히려 더욱 커질 수 있다는 것을 보여주므로, 이를 통해 나노단위에서 향상된 새로운 물성/기능성을 설계할 수 있을 것으로 기대한다.” 라고 밝혔다.