실리콘 기반 소자들이 초소형화, 초고성능화의 한계에 부딪히면서 2차원 물질 기반 소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 2차원 물질은 원자 층 두께의 박막을 제작할 수 있으며 높은 전하 이동 속도를 보여주기 때문에 다양한 소자에 적용이 가능하다. 하지만 여전히 소자의 불안정성과 전기적 특성 제어의 어려움에 대한 문제들이 남아있다. 또한 소자들이 처리해야 하는 데이터의 양이 기하급수적으로 증가하면서 물리적 특성과 전기적 특성을 모두 활용하는 소자에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 전하의 스핀을 활용하는 스핀트로닉스 소자와 뉴런 간의 정보 처리 및 전송에 관여하는 생물학적 시냅스의 기능을 모방하는 시냅스 소자들이 빠른 정보 처리 속도를 제공하기 때문에 큰 주목을 받고 있다. 특히, 많은 연구들이 응용 소자들의 기능을 향상시키기 위해 2차원 물질의 적용에 집중하고 있다. 하지만 2차원 물질의 고유 속성에만 기반하여서는 발전된 기능성 소자 개발에 어려움이 있다.
2차원 물질들은 원자 층 두께의 층으로 구성되며 각 층 간에 약한 반데르발스 힘을 갖고 있기 때문에 표면 결함이나 도핑에 의해 전기적 또는 자기적 특성이 크게 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 AFM 리쏘그래피를 통해 2차원 물질의 chemical modification을 유도하여 고유한 물리적 특성을 제어하고 2차원 물질 기반 소자의 성능을 개선할 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한 산소 결함 농도 제어 기반 도핑을 통한 전하 trap/detrap 매커니즘을 활용하여 2차원 물질 기반 시냅스 소자의 특성을 제어하는 연구를 진행하였다.