박막 자성체의 연구는 고밀도 데이터 저장, MEMS 등 그 응용 범위가 넓어 최근 활발히 진행되고 있고, 박막의 두께가 얇을수록 그 응용 가치는 훨씬 높아진다. 또한 원자 층 규모의 극한 미시 영역에서는 자기질서가 외부 조건에 민감하게 영향을 받으며, 전기장에 의해 자성 특성 제어가 기대된다. 이와 같이 이차원 자성체는 그 응용 범위가 무한하다 볼 수 있다. 기존의 박막 자성체는 나노입자 집합으로 구성이 되었거나 자성을 띠는 금속 원소의 분자 빔 성정으로 제작되어, 이차원 구조의 구현이 어려워 기존의 자성체가 아닌 획기적인 새로운 물질로 형성된 2차원 자성체의 탐구가 필요하다.
우리 그룹에서는 자성금속-칼코제나이드 이차원 박막 구조의 자기 질서를 전기장(즉, 게이트 전압)을 이용하여 극대화할 수 있는 물질 탐색이 이 연구의 최종 목표이다. 장효과 트랜지스터 (FET) 소자 구조에서 이차원 자성체 칼코제나이드 물질의 자기 질서와 게이트 전압 간의 상호 관계를 분석을 한다. 즉 FET 구조에서 전압을 통한 자성 제어 기능을 탐색하고 있다.
(a) MAX3 초박막을 활용한 장효과 트랜지스터 소자의 모형. (b) 크롬 계열 소재와 (c) 망간 계열 초박막 소재의 전하 밀도 변화에 따른 자화 상태의 제어.
Magnetic 2D materials offers opportunities for understanding ordering of spins in low power devices. Research in our group aims to explore new candidate materials that can exhibit magnetic properties of interest from fundamental and practical viewpoints.
References:
Electronic and magnetic properties of single-layer MPX3 metal phosphorous trichalcogenides
Bheema Lingam Chittari, Youngju Park, Dongkyu Lee, Moonsup Han, Allan H. MacDonald, Euyheon Hwang, and Jeil Jung
Phys. Rev. B 94, 184428 – Published 22 November 2016
Carrier- and strain-tunable intrinsic magnetism in two-dimensional MAX3 transition metal chalcogenides
Bheema Lingam Chittari, Dongkyu Lee, Nepal Banerjee, Allan H. MacDonald, Euyheon Hwang, and Jeil Jung
Phys. Rev. B 101, 085415 – Published 20 February 2020