Complex Oxide Physics Lab. Research

복합산화물물리 연구실은 에피택시 결정성장을 통해 다양한 산화물 박막 이종구조를 제작하고 그 안에서 발생하는 물리현상을 연구합니다. 특히 우리는 산화물 이종구조를 원자층 수준에서 "설계"하고 이를 실제로 "구현"하는 데에 주력합니다. 이를 통해 일반적인 벌크 물질에서 보기 힘든 새로운 물리현상을 유도할 수 있기 때문입니다. 예를 들어 전이금속 산화물과 같이 전자적 상관관계(Electronic correlation)가 강한 산화물 소재의 경우, 이종 산화물과의 접합 형성 및 계면 (Interface) 제어를 통해 완전히 새로운 물성을 유도해낼 수 있습니다.  여기서 새로운 물성이라 함은 이종접합을 이루는 두 산화물이 각각 본래 갖지 않는 물성을 의미하며, 다강성 (Multiferroicity), 초전도 현상, 효율적인 에너지 변환 등을 포함합니다. 이러한 흥미롭고 새로운 물성은 물리학적 기초연구와 더불어 혁신적인 응용연구의 가능성을 제공합니다. 산화물 이종구조에서 발견되는 예상하지 못한 새로운 물성은 기존 소재가 갖는 한계를 창의적인 방법으로 극복할 수 있기 때문입니다. 따라서 우리 연구실은 산화물 이종구조에 관한 기초연구와 함께 실질적인 응용연구에도 큰 관심을 갖습니다. 특히 산화물 일렉트로닉스 분야에 집중하며, 강유전체 터널접합 (FTJs), 차세대 비휘발성 멀티레벨 메모리, 멤리스터 기반 인공 시냅스 소자, 광센서, 에너지 수확/변환 소자 등의 개발을 수행합니다.

The research of our group covers a broad range of heteroepitaxy of complex oxides and their characterizations. We "design" and actually "build" various thin film heterostructures of metal oxides, expecting something surprising. Whenever a strongly-correlated complex oxide, such as a perovskite transition metal oxide, forms an interface with another oxide material, the electronic correlation leads to completely new ground state, not present in original materials. Indeed, complex oxides heterostructures have shown interesting new properties, such as multiferroicity, tunable superconductivity, and efficient energy conversion, offering unique capabilities to overcome challenges. Our interest includes the synthesis and characterization of epitaxial oxide heterostructures suited for exploring such emergent phenomena. Our interest also includes the device applications of oxide heterostructures, for example, ferroelectric tunnel junctions, non-volatile memory, memristors, and quantum transistors. 

• 펄스 레이저 증착(PLD)을 통한 단결정 산화물 에피박막 성장

• 산화물 박막 이종구조 (Heterostructure) 및 초격자 (Superlattices) 설계 & 구현

• 원자힘현미경 (AFM), 압전힘현미경 (PFM), X선 회절 (XRD) 등을 통한 구조분석

• 격자변형 엔지니어링, 결함 엔지니어링

• Epitaxial growth of oxide thin films using Pulsed Laser Deposition (PLD)

• Designing and growing oxide heterostructures/ superlattices

• In-depth structural analyses by Atomic Force Microscopy and X-ray diffraction

• Strain Engineering & Defect Engineering

• 산소결핍결함 (Oxygen vacancy) 형성 및 이동 제어

• 음이온 도핑을 통한 산화물 물성 제어

• 점 전하의 결함상태 (Defect states) 활용 연구

• 극성 (Polar) 점 결함의 전하 트래핑 (Trapping) 현상 연구

• 무작위 전하 변동에 의한 노이즈 스펙트럼 연구 및 활용기술 탐구

• Oxygen vacancy formation and migration in oxides

• Controlling electronic properties of oxides by anion doping

• Defect state modulations

• Charge trapping phenomena of polar point defects

• Random charge fluctuation and noise spectrum

• 산화물 에피박막을 기판에서 분리한 멤브레인 소재 제작 및 전사

• 격자변형 제거 및 극한 격자변형 유도를 통한 물성변화 연구

• 이종 멤브레인 소재 결합을 통한 물성 간 커플링 유도

• 고품질 단결정 산화물 멤브레인  소자응용 연구

• Fabrication and transfer of free-standing oxide membranes 

• Removal of strain/ extreme strain effect

• Coupling the unique properties of oxide membranes

• Device applications of the single-crystalline oxide membranes

• 멤리스티브 소자 개발을 위한 비휘발성 저항스위칭 메커니즘 연구

• 2차원 전자가스(2D Electron Gas)의 양자 터널링 특성 이해 및 터널저항 제어

• 점 결함(Point defects)의 공간적 분포에 따른 전자구조 탐구

• 강유전체 터널 접합 (FTJs) 기반 멤리스티브 소자 개발

• 멤리스터 기반 뉴로모픽 소자 개발 및 하드웨어 인공 신경망 구축

• Non-volatile resistive switching mechanism for memristive devices

• Controlling the quantum tunneling of 2D electron gas 

• Electronic structures depending on the spatial distribution of point defects

• Memristive devices based on ferroelectric tunnel junctions (FTJs)

• Fully hardware-implemented artificial neural networks

• 격자변형 엔지니어링을 통한 구조적 대칭성 파괴

• 강유전체 격자 비대칭성 강화를 통한 비선형 광특성 극대화

• 강유전체 멤브레인 기반 신개념 비선형 광소재 개발

• Strain engineering for structural symmetry breaking

• Strong structural asymmetry of ferroelectric oxides for non-linear optics

• Non-linear optical materials based on ferroelectric oxide membranes