한국연구재단(이사장 노정혜)은 김광석 부산대 교수와 김종수 영남대 교수, 송진동 KIST 박사 연구팀이 두 양자점이 결합한 인공분자의 미세 에너지 구조에서 일어나는 광전이현상을 규명했다고 22일 밝혔다. 광전이란 서로 다른 에너지 준위의 높고 낮은 상태를 오가며 빛을 방출·흡수하는 현상이다.

연구팀은 두 개의 왕릉이 결합한 황남대총을 닮은 양자점 인공분자를 나노 스케일에서 구현했다. 이러한 인공분자에서 기존 독립된 한 개의 양자점이 지니는 물리적 특성과 다른 독특한 미세에너지 준위가 나타나는 것을 발견했다. 이렇게 형성된 미세에너지 준위는 중첩상태로 양자정보통신에 활용될 수 있다.

원자가 결합한 분자에서 원자간 상호작용으로 개별 원자에서 나타나지 않던 에너지 준위가 추가로 형성되듯, 양자점이 결합한 인공분자 역시 양자점 상호작용의 결과로 원래 없었던 다양한 미세에너지 준위가 형성된다. 이는 양자점을 이루는 전자와 정공 각각의 에너지 준위, 이들 간 전기적 상호작용을 고려해 복잡한 에너지 구조를 이해한 데 따른 것이다. 

이러한 연구 결과는 광학분야 국제학술지 'Light-Science and Applications'에 지난 12일 게재됐으며 과기부와 연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업 지원으로 수행됐다.