표면 비정질화로 2D/3D 이종접합 열전달 증진

2차원(2D) 물질과 3차원(3D) 기판 간의 반데르발스(vdW) 계면을 통한 효율적인 열 방출은 나노전자 소자에서 근본적인 난제로 남아있습니다. 본 연구는 분자 동역학 시뮬레이션을 활용하여 기판 표면에 원자 단위의 얇은 비정질층을 도입함으로써 육방정계 질화붕소/이산화규소(h-BN/SiO₂) 계면의 열전달이 극적으로 향상됨을 입증했습니다. 매끄러운 결정질 표면 대비 계면 열전도율이 최대 약 2.8배 증가했으며, 기판 거칠기, 계면 결합 강도, 공공 농도 조절을 통해 추가적인 제어가 가능했습니다. 스펙트럼 열류 및 포논 모드 분석 결과, 비정질 표면 토폴로지가 중간 및 국부 포논 모드를 활성화하여 h-BN의 면내 및 면외 포논 간 효율적인 결합을 가능하게 하고 기판으로의 에너지 전달을 촉진하는 새로운 메커니즘을 발견했습니다. 이 과정은 고주파 포논을 저주파 열 운반 모드로 재분배하고, 음향 포논의 청색 편이를 유도하며, 대칭성 파괴 및 불균일한 vdW 상호작용을 통해 포논 수명을 단축시킵니다. 이러한 발견은 표면 비정질화가 2D/3D vdW 계면에서 포논 수송을 조절하는 효과적이고 실험적으로 접근 가능한 전략임을 시사합니다. 본 연구 결과는 2D 물질 기반 나노전자 소자의 열 관리 분야에 새로운 기회를 제공할 것으로 기대됩니다.