"Nature Materials" - CIQTEK SNVM, 그래핀 스핀 소자 분야에서 고객사의 핵심 혁신 달성 지원

August 21, 2025

최근 중국과학원 상하이 마이크로시스템 및 정보기술 연구소의 Wang Haomin이 이끄는 팀은 지그재그 그래핀 나노리본(zGNR)의 자기성을 연구하는 데 상당한 진전을 이루었습니다. 시크텍 주사 질소 공석 현미경 (SNVM) .

연구팀은 이전 연구를 바탕으로, 육방정계 질화붕소(hBN)를 금속 입자로 사전 에칭하여 방향성 원자 트렌치를 형성하고, 기상 촉매 화학 기상 증착(CVD) 방법을 사용하여 트렌치 내에 키랄 그래핀 나노리본을 제어 가능하게 제조하여 hBN 격자 내에 매립된 약 9nm 폭의 zGNR 샘플을 얻었습니다. SNVM과 자기 수송 측정을 결합하여, 연구팀은 실험에서 이 나노리본의 고유 자성을 직접 확인했습니다. 이 획기적인 발견은 그래핀 기반 스핀 전자 소자 개발을 위한 탄탄한 토대를 마련했습니다. 관련 연구 결과는 "육방정계 질화붕소 격자에 매립된 지그재그 그래핀 나노리본의 자성 특징"이라는 제목으로 저명한 학술지에 게재되었습니다. "자연소재"

독특한 2차원 물질인 그래핀은 기존 자성 재료의 d/f 오비탈 전자의 국소 자기적 특성과는 근본적으로 다른 p 오비탈 전자의 자기적 특성을 나타내어 순수 탄소 기반 자성 연구의 새로운 방향을 제시합니다. 페르미 준위 근처에 독특한 자기 전자 상태를 가질 수 있는 지그재그 그래핀 나노리본(zGNR)은 스핀 전자 소자 분야에서 큰 잠재력을 가진 것으로 여겨집니다. 그러나 전기적 전달 방식을 통해 zGNR의 자성을 검출하는 데는 여러 가지 어려움이 있습니다. 예를 들어, 상향식으로 조립된 나노리본은 길이가 너무 짧아 소자를 안정적으로 제작하기 어렵습니다. 또한, zGNR 모서리의 높은 화학 반응성은 불안정성이나 불균일한 도핑을 초래할 수 있습니다. 더욱이, 더 좁은 zGNR에서는 모서리 상태의 강한 반강자성 결합으로 인해 전기적으로 자기 신호를 검출하기 어려울 수 있습니다. 이러한 요인들은 zGNR의 자성을 직접 검출하는 데 어려움을 줍니다.

hBN 격자에 내장된 ZGNR은 더 높은 에지 안정성을 보이고 고유 전기장을 가지므로 zGNR의 자성을 감지하기에 이상적인 조건을 형성합니다. 이 연구에서 연구팀은 시크텍 '의 실온 SNVM 실온에서 zGNR의 자기 신호를 직접 관찰합니다.

그림 1: 육각형 질화붕소 격자에 포함된 zGNR의 자기 측정 스캐닝 질소-공석 현미경

전기 전달 측정에서, 제작된 약 9나노미터 폭의 zGNR 트랜지스터는 높은 전도도와 탄도 전달 특성을 보였습니다. 자기장의 영향 하에서, 이 소자는 상당한 이방성 자기 저항을 나타냈는데, 4K에서 자기 저항 변화가 약 175Ω이고, 자기 저항 비율은 약 1.3%였으며, 이 신호는 최대 350K의 고온에서도 지속되었습니다. 히스테리시스는 zGNR 평면에 수직인 자기장 하에서만 관찰되어 자기 이방성을 확인했습니다. 연구진은 기울임 각도에 따른 자기 저항 변화를 분석하여 자기 모멘트가 시료 표면에 수직임을 발견했습니다. 또한, 소스-드레인 바이어스와 온도 증가에 따른 자기 저항의 감소는 자기 응답과 전하 전달 및 열 진동 간의 상호작용을 보여주었습니다.

그림 2: hBN에 내장된 9나노미터 폭의 zGNR 소자의 자기 전송 특성

이 연구는 다음을 결합하여 주사 질소 공석 현미경 기술 및 수송 측정을 통해 hBN이 내장된 zGNR에서 고유 자성의 존재를 최초로 직접 확인함으로써 전기장을 통해 자성을 제어할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 이 연구는 그래핀의 자기적 특성에 대한 이해를 심화할 뿐만 아니라 그래핀 기반 스핀 전자 소자 개발에 새로운 길을 열어줍니다.

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