• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.17 no.4
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• pp.166-171
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• 2007

We report the magneto-transport properties of an individual single crystalline Bi nanowire grown by a spontaneous growth method. We have successfully fabricated a four-terminal device based on an individual 400-nm-diameter nanowire using plasma etching technique to remove an oxide layer forming on the outer surface of the nanowire. The transverse MR (2496% at 110 K) and longitudinal MR ratios (38% at 2 K) for the Bi nanowire were found to be the largest known values in Bi nanowires. This result demonstrates that the Bi nanowires grown by the spontaneous growth method are the highest-quality single crystalline in the literatures ever reported. We find that temperature dependence of Fermi energy ($E_F$) and band overlap (${\triangle}_0$) leads to the imbalance between electron concentration ($n_e$) and hole concentration ($n_h$) in the Bi nanowire, which is good agreement with the calculated $n_e\;and\;n_h$ from the respective density of states, N(E), for electrons and holes. We also find that the imbalance of $n_e\;and\;n_h$ plays a crucial role in determining magnetoresistance (MR) at T<75 K for $R_T$ and at T<205 K for $R_L$, while mean-free path is responsible for MR at T>75 K for $R_T$ and T>205 K for $R_L$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.589-589
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• 2013

열전재료는 제백효과(Seebeck effect)에 의해 폐열을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 소재로서, 기존의 열전재료가 나노수준으로 크기가 줄어들 경우 양자제한효과에 의한 제백계수의 증가와 표면산란에 의한 열전도도 감소로 인해 벌크재료에 비해 높은 에너지변환효율을 가질 수 있을 것으로 기대되고 있다. 에너지 변환효율은 열전성능계수인 $ZT=S2{\sigma}T/k$로 정의되며 따라서 우수한 열전재료는 높은 제백계수 S와, 높은 전기전도도 ${\sigma}$ 및 낮은 열전도도 k를 갖는 재료여야 한다. 그러나 나노소재는 낮은 측정 신호와 측정소자준비가 어려워 기존 측정시스템으로는 원활한 측정이 어렵다. 특히 열전도도의 경우 나노소재 자체의 열전도 보다 나노소재 주변 구조에 의한 열전도가 큰 경우 정확한 열전도도 평가가 어렵다. 본 연구에서는 나노선의 열전물성을 평가하기 위해 MEMS기반 기술을 이용하여 열전물성 측정플랫폼(MEMS-based thermoelectric measurement platform, MTMP)을 개발하였다. 개발 된 MTMP는 얇은 Si nitride 브릿지들이 허공에 떠 있는 두 개의 아일랜드 형태의 멤브레인 구조를 지지하는 형태로 제작되었으며, 한 쪽 아일랜드구조 위에는 나노히터가 있어 두 아일랜드 구조 사이에 온도구배를 만들 수 있도록 제작되었다. 제작된 멤브레인을 이용하여 전기화학적인 방법으로 합성한 Bi-Te계 나노선의 S, ${\sigma}$ 그리고 k를 측정하였다. 측정결과 화학양론적 미세구조를 갖는 단결정 Bi2Te3 나노선은 300 K의 측정온도에서 $S=-57{\mu}V/K$, ${\sigma}=3.9{\times}10^5S/m$, k=2.0 W/m-K의 측정 값으로 ZT=0.19였다. 본 연구에서 개발한 MTMP는 나노선 뿐만 아니라 나노플레이트의 열전 측정에도 활용할 수 있는 구조로서 나노열전소재 측정에 널리 활용될 수 있다.

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.48 no.5
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• pp.445-448
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• 2010

For an enhanced thermoelectric performance, one-dimensional heterostructure nanowires were created that consisted of aBi core and Te shell. The structure was fabricated by depositing Te in-situ onto a Bi nanowire grown by our unique OFF-ON (on-film formation of nanowires) method. After examining a cross-sectional TEM image, it was found that diffusive interface was formed between Bi and Te. Selected area electron diffraction revealed that the crystallinity of the Te shell was some what lower compared to the highly single-crystalline Bi core. The Bi-Te core/shell nanowires can be a smart structure that suppresses phonon transport by several scattering mechanisms, making the OFF-ON method the simplest way to realize that structure.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.150-150
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• 2012

본 연구는 1차원 나노 구조의 합성과 기초적 분석에 관한 연구로써 특히 무기 산화물 나노재료를 그 대상으로 하였다. 내용으로는 첫째, 1차원 코어 나노와이어의 합성을 하였고 Thermal evaporation, substrate의 가열, 그리고 MOCVD 를 사용한 결과들을 나열한다. 둘째, 코어-쉘 나노와이어를 제작하기 위하여 특히 쉘층의 제작방법을 연구하였는데 PECVD, ALD, 그리고 sputtering에 의한 결과들을 나열하고 간단히 설명한다. Thermal evaporation에 의한 1차원 나노와이어 합성의 경우는 MgO의 예를 들었는데 MgO 나노와이어는 Au가 증착된 기판을 열처리하여 Au dot를 형성하고 이의 morphology를 조절하여 최적의 나노와이어 합성조건을 선정하였다. 이로써 기판 morphology가 나노선의 성장및 형상에 영향을 준다는 사실을 알게 되었다. 이 사실은 In2O3기판을 사용하고 이의 표면거칠기를 열처리로 조절하므로써 역시 나노와이어의 성장을 촉진하는 방법을 찾아내었다. 또한 thermal evaporation공법은 source분말의 선택에 따라 다양한 소재를 제작가능하다는 결과를 제시하였다. 예를 들면 SiOx 층이 precoating된 chamber내에서 MgO 나노선을 합성하는 것과 동일한 조건으로 실험을 진행하면 Mg2SiO4 나노와이어가 형성된 것을 확인하였다. 또한 Sn과 MgB2 분말을 함께 적용할 경우 Sn tip을 가진 MgO 나노와이어를 얻을 수 있었다. 이는 Sn이 동시에 촉매의 역할을 하였기 때문일 것으로 추정된다. 한편 Sn과 Bi 혼합분말을 적용한 경우 Bi2Sn2O7 신소재 tip을 포함한 SnO2 나노와이어를 얻을 수 있었다. 이 경우 Bi원자가 적절한 촉매의 역할을 수행한 것으로 사료된다. Substrate의 가열공법에서는 Si wafer상에 각종 금속 즉 Au, Ag, Cu, Co, Mo, W, Pt, Pd등 초박막을 DC sputter 로 형성한후 annealing하는 기술을 사용하였다. 특기할 만한 것은 Co를 사용한 경우 나노와이어의 spring구조를 얻을 수 있었다는 점이다. MOCVD에 의하여는 Ga2O3및 Bi2O3 나노와이어를 비교적 저온에서 합성하였고 In2O3의 경우는 독특한 나노구조를 형성하였고 이의 결정학적 특성에 대하여 조사하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.6
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• pp.705-713
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• 2017

A novel material, $Bi_2WO_6-GO-TiO_2$ composite, was successfully synthesized using a facile hydrothermal method. During the hydrothermal reaction, the loading of $Bi_2WO_6$ and $TiO_2$ nanoparticles onto graphene sheets was achieved. The obtained $Bi_2WO_{6-GO-TiO2}$ composite photo-catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX) analysis, transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis-DRS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The $Bi_2WO_6$ nanoparticle showed an irregular dark-square block nanoplate shape, while $TiO_2$ nanoparticles covered the surface of the graphene sheets with a quantum dot size. The degradation of rhodamine B (RhB), methylene blue trihydrate (MB), and reactive black B (RBB) dyes in an aqueous solution with different initial amount of catalysts was observed by UV spectrophotometry after measuring the decrease in the concentration. As a result, the $Bi_2WO_6-GO-TiO_2$ composite showed good decolorization activity with MB solution under visible light. The $Bi_2WO_6-GO-TiO_2$ composite is expected to become a new potential material for decolorization activity. Photocatalytic reactions with different photocatalysts were explained by the Langmuir-Hinshelwood model and a band theory.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.86.1-86.1
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• 2012

나노재료와 나노기술의 연구개발 지원을 위하여 국가나노인프라인 나노종합팹센터에서 개발되고 있는 나노재료/나노현상의 실시간 관찰을 위한 SiN membrane chip 기술 및 나노그래핀 기반구축에 대한 최근 결과와 향후계획을 소개하고자 한다. 나노재료의 합성, 배열, 구조 등의 실시간 관찰을 가능하게 하기 위하여 제작된SiN membrane chip은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)에서 투명한 기판으로, 그 위에 나노재료를 합성, 배열하고 원하는 모양의 전극을 형성하여 나노재료 및 나노소자의 온도변화 및 전기적 특성 측정 등이 가능하다. 이러한 기술은 Ag, Sn, Cu 등 nano-cluster의 percolation 소자, SiN 및 Graphene 나노기공 소자, SiGe, BiTe, Si, ZnO 나노선 및 CNT의 내부구조변화, 상변화 등 다양한 나노재료/나노소자의 나노현상 관찰 및 해석에 적용되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.2
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• pp.152-161
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• 2006

In order to test the capacity of Si(5 5 12) as a potential template for nanowire fabrication, Bi/Si(5 5 12) system has been studied by STM. With Bi deposition, Si(5 5 12) has been transformed to Si(3 3 7) terrace. Initially Bi atoms selectively replace Si-dimers and Si-adatoms with Bi-dimers and Bi-adatoms, respectively. With extended Bi adsorption, Bi-dimers adsorb on the pre-adsorbed Bi-dimers and Bi-atoms. These dimers in the second layer form Bi-dimer pairs having relatively stable $p^3$ bonding, Finally, the Bi-dimer adsorbs on the Bi-dimers in the second layer and saturates. It can be deduced that both surface transformation to (3 3 7) and site-selective Bi adsorption are possible due to substrate-strain relaxation through inserting Bi atoms into subsurface of Si substrate.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.23 no.1
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• pp.14-19
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• 2013

We have successfully synthesized $Bi_{4-x}La_xTi_3O_{12}$ (x~2) having Aurivillius-type layered perovskite structure from exfoliated layered perovskite oxide of $K_2La_2Ti_3O_{10}$ with Ruddlesden-Popper structure. The reaction between the exfoliated lanthanum titanate nanosheets and BiOCl nanocrystal resulted in the formation of polycrystalline $Bi_{4-x}La_xTi_3O_{12}$ (x~2) after heating above $700^{\circ}C$. Colloidal suspension of the nanosheets could be obtained by intercalating ethylamine (EA) into the protonated lanthanum titanate, $H_2La_2Ti_3O_{10}$, derived from $K_2La_2Ti_3O_{10}$. Transmission electron microscopic (TEM) analysis show that the exfoliated lanthanium titanate nanosheets have a thickness of a few nano meters. According to X-ray diffraction (XRD) analysis, the exfoliated lanthanium titanate was found to be transformed into $Bi_{4-x}La_xTi_3O_{12}$ (x~2) after restacking with BiOCl and subsequent thermal treatment at > $700^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.16 no.1
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• pp.28-33
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• 2006

La substituted perovskite $BiFeO_3$ have been prepared by a sol-gel method. Magnetic and structural properties of the powders were characterized with Mossbauer spectroscopy, XRD, SEM, and TG-DTA. The crystal structure is found to be a rhombohedrally distorted perovskite structure with the lattice constant $\alpha=3.985{\AA}\;and\;\alpha=89.5^{\circ}.\;Bi_{2/3}La_{1/3}FeO_3$ powders that were annealed at and above $600^{\circ}C$ have a single-phase perovskite structure. However, powders annealed at $900^{\circ}C$ have a typical perovskite structure with small amount of $Bi_2O_3$ phase. The Neel temperature of $Bi_{2/3}La_{1/3}FeO_3$ is found to be $680\pm3K$. The isomer shift value at room temperature is found to be 0.27 mm/s relative to the Fe metal, which is consistent with high-spin $Fe^{3+}$ charge states. Debye temperature far$Bi_{2/3}La_{1/3}FeO_3$ is found to be $305\pm5K$. The average hyperfine field $H_{hf}(T)$ of the $Bi_{2/3}La_{1/3}FeO_3$, shows a temperature dependence of $[H_{hf}(T)-H_{hf}(0)]/H_{hf}(0)=-0.42(T/T_N)^{3/2}-0.13(T/T_N)^{5/2}$ for $T/T_N<0.7$ indicative of spin-wave excitation.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.2
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• pp.103-106
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• 2008

The magneto-transport properties of an individual single crystalline Bi nanowire grown by a spontaneous growth method are reported. A four-terminal device based on an individual 400-nm-diameter nanowire was successfully fabricated using a plasma etching technique that removed an oxide layer that had formed on the surface of the nanowire. Large transverse ordinary magnetoresistance (1401%) and negative longitudinal ordinary magnetoresistance (-38%) were measured at 2 K. It was observed that the period of Shubnikov-de Haas oscillations in transverse geometry was $0.074^{T-1}$, $0.16^{T-1}$ and $0.77^{T-1}$, which is in good agreement with those of bulk Bi. However, it was found that the period of SdH oscillation in longitudinal geometry is $0.24^{T-1}$, which is larger than the value of $0.16^{T-1}$ reported for bulk Bi. The deviation is attributable to the spatial confinement arising from scattering at the nanowire surface boundary.