원자의 춤, 충격 속에서 다시 제자리로…계명대 연구팀 입증

계명대 연구팀, CdTe 가역적 상전이 현상 입증
충격파 유동 통해 원자 배열 변화·복원 가능성 제시
CdTe 소재 차세대 반도체·광전자 응용 기대

왼쪽부터 계명대 마틴 브리또 교수와 김익현 교수

강한 충격 속에서 구조를 바꾸고, 다시 제자리로 돌아온 'CdTe'(카드뮴 텔루라이드). 계명대 연구팀이 이 독특한 원자 구조의 변화를 과학적으로 입증했다. 이번 연구는 새로운 반도체 기술로의 길을 열 것으로 주목받고 있다.

계명대학교(총장 신일희)는 기계공학과 김익현 교수 연구팀이 CdTe 소재에서 충격파 유동을 활용한 가역적 상전이 현상을 정밀하게 입증했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 520K 온도, 마하수 1.5 조건에서 CdTe에 충격파를 반복 조사했다. 그 결과 약 300회 충격에서 아연 블렌드 구조가 암염형 구조로 전이됐고, 400회 충격 이후에는 다시 원래 구조로 복원되는 현상이 확인됐다. 이는 기존 고압 조건에서 나타나던 단방향적 상전이와 달리 충격파 기반 동적 재결정화 메커니즘을 통한 새로운 사례로 평가된다.

연구에서는 CdTe의 물성 변화도 입증됐다. 밴드갭은 3.31eV에서 3.16eV로 줄었다가 3.30eV로 회복됐으며, 광발광(PL) 피크도 가역적인 파장 이동을 보였다. 표면 형태 역시 300회 충격 후 불균일해졌다가 400회 충격 뒤 균일한 층상 구조로 복원돼 안정성이 확인됐다.

김익현 교수는 "이번 연구 성과는 극한 환경에서도 구조적 안정성과 기능적 복원력이 요구되는 차세대 광전자 소자, 방사선 검출기, 에너지 변환 장치 등 다양한 분야로의 응용 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 크다"고 밝혔다.

이번 연구는 영국왕립화학회(RSC) 학술지 'CrystEngComm'에 게재됐다. 인도 'Sacred Heart 대학' F. Irine Maria Bincy 연구원이 제1저자로, 계명대 마틴 브리또 교수와 김익현 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 한국연구재단의 해외우수과학자유치사업과 우수신진연구사업 지원을 받아 수행됐다.