東京대학의 해롤드 호안 조교수, 中川直之 박사연구원은 東北대학, 미국 코넬대학과 공동으로 티탄산스트론튬(STO)의 산소결손이 있는 층과 없는 층을 교대로 주기적으로 쌓은 초격자를 서브나노미터의 급준성으로 제작, 그 원자 스케일의 산소분포를 고감도 검지하는데 성공했다. 산화물 중의 산소결손은 디바이스 특성을 크게 좌우한다. 극한까지 산소결손을 제어가능하다는 것을 나타낸 연구에서 새로운 재료탐색으로 이어진다. STO 안에서 산소결손은 저온이지만, 1볼트초 당 1만 평방미터나 되는 고속의 이동도를 나타내는 캐리어로 산소결손이 디바이스 특성의 열쇠를 갖는다. 이번 성과는 산소결손을 나노레벨에서 극한까지 제어하여 만들었고, 동시에 그 한계를 나타낸 것으로 산소결손에 한하지 않고, 산화물 이외의 결정 속의 공공(空孔)을 나노레벨에서 제어한 새로운 기능성 재료와 디바이스 실현으로 이어진다. 이번에 펄스 레이저 퇴적법(PLD)로 산소분위기를 변조하면서 STO기판 위에 산소결손의 있고 없음을 교대로 적층한 STO 산소결손 초격자 구조를 제작했다. 또 STO 안에서 1~4%라는 극미량의 산소결함량을 검출하기 위해 투과형 전자현미경(TEM)의 고분해능화의 추구뿐 아니라 전자에너지 손실분광법(EELS)와 조합시키는 새로운 방법을 확립했다. 종래의 TEM보다도 한 자릿수 높아 1~4개의 산소결함을 고감도로 검출할 수 있었다. 초격자의 계면은 0.38±0.01나노미터의 급준성을 나타낸다고 한다. 그 결과, STO 안에서 산소(산소결손)의 이동은 한 개의 단위격자 이하에서 안정적이며 또 초격자 구조에서는 3단위격자라면 안정적이라는 시작과 관찰결과로 밝힐 수 있었다. (NK)