기초지원연-KAIST, 공동연구···고효율 에너지 소자 개발 등 기대

국내 연구진이 금속-반도체 접합 나노 다이오드에서의 핫홀 발생 을 실시간으로 관찰하는데 성공했다. 차세대 고효율 에너지 소자, 바이오센서 감도향상 등 응용연구가 기대된다.[사진=기초지원연 제공]

 

국내 연구진이 빛이 금속표면에 닿는 순간 만들어지는 정공(hole)인 플라즈모닉 핫홀의 생성에서 소멸까지의 전체 과정을 실시간 관측하는데 성공했다. 차세대 고효율 에너지 소자 개발, 바이오센서 감도 향상 등 다양한 응용연구가 가속화 될 전망이다.

한국기초과학지원연구원(원장 신형식)은 이문상 소재분석연구부 박사팀과 박정영 KAIST화학과 교수팀이 공동연구를 통해 이 같은 성과를 냈다고 26일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 어드밴스드 사이언스에 지난 22일 게재됐다. 

연구진에 따르면 플라즈모닉 핫홀(이하 핫홀)의 수명은 수 펨토초 정도로 매우 짧아 검출 자제가 불가능에 가까웠다. 특히 실시간으로 그 모습을 관찰하는 것은 대표적 분석 난제로 꼽혔다. 세계적으로도 극소수의 연구팀만이 간접적인 방법으로 핫홀의 발생양상을 유추하는 정도의 연구방법만이 알려져 있었다.

공동연구팀은 핫홀의 양상을 관찰하기 위해 금/p-질화갈륨(GaN)으로 만든 나노다이오드를 제작하고, 광전도 원자간력 현미경으로 이를 분석했다. 이 현미경은 나노미터 크기의 탐침을 이용해 시료 표면을 훑어가며 각 부분의 전기적 신호를 검출해 이미지화해주는 첨단 분석연구장비이다. 그 결과 빛에 의해 금속 표면의 전자들이 집단으로 진동하는 ’국소 표면 플라즈몬 공명‘ 현상에 의한 정공(hole)인 플라즈모닉 핫홀을 실시간 관찰했다.

핫홀은 화학반응을 촉진한다는 장점이 있지만 분석의 난제로 소자개발에 활용되지 못했다. 이번 연구를 통해 다양한 응용연구 활용이 기대된다.

박정영 교수는 "나노다이오드에서 생성되는 플라즈모닉 핫홀의 발생양상에 대한 정확한 규명은 금속표면에서 일어나는 에너지 전달·손실과정에 대한 이해를 도와 촉매전자학 분야와 에너지공학 분야에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

이문상 박사는 "이번 연구성과가 차세대 인공광합성 소자, 초고효율 광촉매 개발, 에너지 저장 소자 개발, 초고감도 바이오 광센서 개발 등 다양한 분야의 연구개발에서 활용될 것으로 기대한다"고 덧붙였다.

저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지