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차세대 반도체 물질로 불리는 ‘흑린(검은 인)’의 독특한 열전현상을 국내 연구진이 세계 최초로 규명했다. 열전현상이란 온도가 다른 두 금속을 접촉시킬 때 전기가 흐르는 현상이다. 흑린은 다른 2차원 소재보다 전하의 이동이 10배 이상 빠르면서 열 전도도가 낮은 성질을 구현할 수 있어 차세대 열전소재로 각광받고 있다.

배명호 한국표준과학연구원 양자측정센터 책임연구원은 3차원 구조의 흑린 속 전하들이 열전현상이 일어날 땐 평면방향(2차원)으로 움직인다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀은 흑린에 산화실리콘 기판을 접촉시켜 흑린 내부의 전자들을 기판에 가까운 몇 개 원자 층에 가뒀다. 그 결과 기판 표면의 불순물들이 전기장을 만들어내 흑린의 전하 흐름을 방해하는 것이 관찰됐다.

연구팀은 온도를 바꿔가며 흑린의 열전현상을 추가로 관찰하는 과정에서 흑린의 전하가 불순물의 영향을 받으며 평면방향으로 이동하는 것을 확인했다. 배 책임연구원은 “기판의 불순물을 조절하면 원하는 대로 흑린의 열전현상을 제어해 사용할 수 있을 것”이라며 “흑린을 효과적으로 사용하기 위해서는 흑린과 기판의 상호작용도 정확히 이해해야 한다”고 말했다. 연구결과는 ‘나노 레터스’ 5월 25일자 온라인판에 게재됐다.