Metal chalcogenides are an important class of compounds because of their technologically important applications such as photovoltaics, non-linear optics, and thermoelectrics. Therefore it is important to understand how we can stabilize desirable forms of materials and how we can understand their unique physical properties.
In this paper, synthesis of several metal chalcogenide compounds are represented, which are promising thermoelectric, Mott insulator, and ferroelectric materials. Their physical properties are characterized. They can be obtained as either polycrystalline powders or high-quality single crystals. For application, their properties are attempted to be tuned.
금속 칼코켄화물은 다양한 좋은 특성들을 지니고 있는 화합물로 여러 응용 분야에서 사용되고 있다. 본 연구는 각 응용분야에서 좋은 특성들을 보이는 금속 칼코겐화물을 합성하고 그 특성을 분석하며 더 좋은 성질을 가지도록 만드는 실험을 진행하였다. 이와 관련되어 열전 소자, 모트 절연체인 GaM4Se8 system, GeTe crystal synthesis 와 관련된 연구를 진행하였다.
열전 소자에 관련되어서는 현재 가장 높은 열전 지수를 가지는 단결정의 SnSe를 산업적으로 사용할 수 있는 다결정질이면서 높은 열전 지수를 가지는 SnSe에 대해 연구하였다. 순수한 SnSe를 고상 반응을 통해 합성한 후 방전 소결 장비 (SPS)를 통해 소결하여 소결체를 얻어 열전 특성을 평가 하였다. 등방성의 소재인 SnSe에서 in-plane 방향에 대해 1.02라는 높은 열전 지수를 얻었다. 또한 nanocomosite을 형성시켜 열전도도를 낮추는 실험까지 진행하였다.
금속과 절연체 사이의 전이(MIT)가 가능한 모트 전열체는 전자와 전자사이의 쿨롱에너지(반발력)의 형성으로 설명된다. 모트 절연체에서 일어나는 모트 전이는 구조상의 변화 없이 금속에서 부도체로 변하게 되는 것을 말하는데, 이러한 전이 과정에서 고온 초전도, 거대 자기저항, 자성반도체의 출현, 절연 파괴 등 새로운 현상들이 많이 나타난다. GaTa4Se8의 경우 11.5GPa에서 모트 전이가 일어나는 물질로써 빈자리가 있는 스피넬 구조를 지니는 물질이다. 순수한 GaTa4Se8를 합성 하여 RIXS를 측정을 통해 물질의 자기적 성질 및 다양한 특성을 분석하고자 했다. 또한 금속자리에 다른 금속 (V, Nb, Mo)으로 이루어진 물질에 대한 연구를 진행하였다.
Ferroelectric material 로 잘 알려진 GeTe의 단결정을 합성하여 ARPES를 통해 시각적으로 ferroelectric 성질을 각 면에 대해 보기 위한 연구를 진행하였다. 이 때 필요한 GeTe 단결정의 경우 높은 품질과 크기가 큰 단결정이 필요하여 합성하여 연구를 진행하였다.
