김건 교수님(교신 저자)과 홍석륜 교수님이 이끄는 연구팀은 미국의 오크릿지 국립 연구소 연구팀과 공동 연구를 하여 그 결과를 최근에 물리학 분야에서 세계적인 권위를 가지는 Physical Review Letters에 게재하였다.

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.015502

다이아몬드와 더불어 대표적인 탄소 동소체인 흑연은 층상 구조를 이루는 물질이다. 흑연의 한 층을 그래핀이라고 부르는데 이 물질은 탄소 원자들이 육각형 벌집 구조처럼 2차원 평면에서 육각형 격자를 이루고 있다.

높은 전자 이동도와 열전도도, 훌륭한 기계적 강도 들을 가지고 있기 때문에 그래핀이 주목을 받고 있다. 그런데, 단 한 층으로 이뤄진 그래핀은 준금속이기 때문에 밴드갭이 없어서 다이오드나 트랜지스터를 만들 때 문제점이 있다. 반면, 흑연의 층상 구조를 버널 쌓기 (Bernal stacking) 또는 AB 쌓기 구조라고 하는데 이 형태로 두 층이 쌓여 있는 경우에는 그래핀 평면에 법선 방향으로 전기장이 걸릴 경우에 밴드갭이 생기면서 반도체가 된다는 이론적인 예측이 있었다. 이후에 많은 연구팀들이 실험을 했는데 풀리지 않는 퍼즐은 광학적 측정을 하면 에너지 밴드갭이 충분히 큰데 전류-전압 특성을 보면 에너지 밴드갭이 100의 1 정도로 줄어드는 것이다. 이렇게 되면 트랜지스터와 같은 전자 소자를 만들 수 없게 된다.

김건 교수님 팀은 기판 위에 올라간 그래핀이 외부의 힘 때문에 변형이 되어 부분적으로 버널 쌓기 (AB 쌓기)가 아닌 형태의 구조가 나타나고 이런 영역에선 법선 방향의 외부 전기장이 있더라도 금속성을 유지한다는 것을 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 이론 연구로 밝혔다. 연구 방법론도 여러 가지 2차원 물질들에 적용하여 중요한 물리학적인 특성들을 연구할 때 큰 역할을 할 것이라는 평가를 받아서 Physical Review Letters에 논문이 게재되었다.