국립 부경대학교

차세대 소재로 떠오르고 있는 이산화바나듐(VO2)의 상전이(phase transition) 특성이 규명돼 학계의 주목을 받고 있다.

부경대 이승훈 교수(물리학과)는 최근 이산화바나듐의 상전이에는 이 소재의 결정(crystal) 구조가 핵심적인 역할을 한다는 연구결과를 최근 국제학술지 <네이처커뮤니케이션즈>에 발표했다.

이산화바나듐이란 ‘금속-절연체 상전이’ 현상이 매우 빠르게 일어나는 물질로, 센서, 메모리소자, 스마트윈도우, 고속스위칭소자 등의 차세대 핵심소재로 주목받고 있다.

상전이란 물질이 일정 조건에서 상이 바뀌는 현상을 말한다. 이산화바나듐과 같은 상전이 물질을 상용화하기 위해선 외부 조건 변화에 따라 그 특성이 빠르게 전환(가역성)되고, 반복되는 상전이에도 강한 내구성을 갖추는 것이 관건이다.

물질은 상전이 과정에서 과거 상태가 현재 상태에 영향을 주는 열적이력현상(hysteresis)을 보이는데, 이산화바나듐도 가역성과 내구성에 악영향을 주는 열적이력현상을 줄이기 위한 각종 연구가 진행되고 있다.

이승훈 교수는 다양한 농도의 텅스텐이 도핑된 이산화바나듐 박막을 제작하고, 고온과 저온에서의 격자상수(결정 구조 인자)를 분석했다. 그 결과 두 개의 서로 다른 상의 특정 방향의 격자상수가 비슷한 값을 가질 때 금속-절연체 상전이의 이력특성이 크게 감소하는 것을 밝혔다.

이 교수는 “이번 연구를 통해 상전이 물질의 특성을 이해하고 이를 제어함으로써 상전이 물질을 활용한 에너지, 바이오 분야 등 다양한 소자들의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

부경대 이승훈 교수는 메릴랜드대학교, 미국표준기술연구소, 홍콩과학기술대학, 미네소타대학교 등과 진행한 공동연구를 담은 논문 ‘Tuning the hysteresis of a metal-insulator transition via lattice compatibility’를 지난 15일 공동 제1저자로 국제학술지 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 게재했다. <부경투데이>





△ (좌) 텅스텐 도핑 농도에 따른 이산화바나듐의 저온/고온 상의 격자상수 비율 변화 (우) 텅스텐 도핑 농도에 따른 이산화바나듐의 온도-저항 이력특성 변화. 저온/고온상의 특정 방향 격자상수가 일치할 때, 이력특성이 최소화 되는 것을 볼 수 있다.





Academia pays attention to the cause of characterizing Transitions in a next-generation material, 'Vanadium dioxide'

Thesis of Professor Lee Seunghun of PKNU on <Nature's Communications>

As the characteristics of phase transition of Vanadium dioxide (VO2, Vandadindioxyd) which is emerging as a next-generation material, has been identified, is generating intense academia interest.

Professor Lee Seunghun (Dept. of Physics) of Pukyong National University, recently published a research in <Nature Communications>, an international academic journal, that the crystal structure of this material plays a key role in the phase transition of Vanadium dioxide.

Vanadium dioxide is a material in which the phenomenon of 'phase transition between metal and insulator' occurs very rapidly, and it is attracting attention as a key next-generation material for sensors, memory devices, smart windows, and high-speed switching devices.

Phase transitions refers to a phenomenon in which a substance transits its phase under certain conditions. In order to commercialize a phase change material such as vanadium dioxide, it is important to rapidly transits (reversibility) its properties in response to changes in external conditions and to have strong durability against repeated phase transitions.

During the phase transition process, hysteresis appears in which the past state affects the present state, and various researches are currently being conducted to reduce the hysteresis phenomenon that Vanadium dioxide adversely affects reversibility and durability.

Professor Lee produced Vanadium dioxide thin films doped with various concentrations of Tungsten, and he analyzed the lattice constants (factors of crystal structure) at high and low temperatures. As a result, it was found that when the lattice constants of two different phases have a similar value, the hysteresis characteristics of the phase transition between the metal and the insulator are greatly reduced.

Professor Lee said, "Through this study, it is expected that by understanding and controlling the properties of the substances for the phase transitions, it is possible to accelerate the practical use of various devices in the energy and bio fields using the phase change material."

On 15th of July, Professor Lee Seunghunn of Pukyong National University published his paper 'Tuning the hysteresis of a metal-insulator transition via lattice compatibility', co-studied with the University of Maryland, the American Institute of Standards and Technology, the University of Hong Kong Science and Technology, and the University of Minnesota as co-leader authors in the international journal <Nature Communications>. <Pukyong Today>