금속-반도체 나노선 "전자이동 방향 관측 성공"
금속-반도체 나노선 "전자이동 방향 관측 성공"
  • 송승현
  • 승인 2017.12.28 11:10
  • 조회수 4295
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

장재원 부경대 교수 연구팀이 나노선 금속-반도체 경계면에 빛을 비췄을 때 전자가 양방향으로 이동하는 과정을 직접 관측했다고 합니다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업, 국제화기반조성사업의 지원으로 수행, 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 지난 11월에 게재됐습니다.

 

양방향 전하 이동의 직접적인 관측. 출처: 한국연구재단

오랫동안 어려운 문제였던 나노구조 금속-반도체 경계면에서의 광촉매 및 광전기의 원리를 규명한 건데요. 참고로 광촉매란 빛을 받아들여 화학 반응을 촉진하는 물질을 말하며 광전기는 빛에 의해 생기는 전기현상의 총칭을 말합니다. 

 

반도체 나노선은 일반적인 벌크 박막(bulk film) 형태 반도체보다 빛 흡수 능력이 우수합니다. 그 때문에 차세대 소자로 주목받고 있었지만 광촉매 및 광전기 성능이 부족해 상업적으로 이용되기 어려웠는데요. 

 

금속의 크기가 나노 크기로 작아질 경우 나노입자는 빛을 흡수할 능력을 갖게 되고 이를 반도체 나노선에 접목하면 낮은 반도체의 광촉매&광전기 성능을 향상할 수 있습니다. 금속 나노입자가 특정 파장에서 빛을 흡수하는 '국소적 표면 플라즈몬 공명(LSPR·localized surface plasmon resonance)'이라고 부르는 현상을 이용하는 겁니다.

 

금속 나노입자에 의한 반도체 나노선의 광촉매, 광전기 성능 향상의 근본적인 원리를 규명하는 건 지난 20년간 학계 연구 과제였습니다. 전자들의 이동 방향에 대한 상충하는 이론들이 많았고 아직도 밝혀지지 않았었죠.

 

은 나노입자가 부착된 폴리피롤 나노선 재료의 전자현미경 사진. 출처: 한국연구재단

부경대학교 장재원 교수 연구팀은 은 나노입자를 폴리피놀 반도체 나노선에 흡착시켰습니다. 그리고 그 경계면에 빛을 비춰 전자가 양방향으로 이동하는 현상을 주사탐침현미경 기법으로 직접 관측했습니다.

 

전자가 은 나노 입자에서 폴리피롤 나노선 방향으로 이동한 것은 LSPR 현상으로 설명할 수 있습니다.  동시에 전자가 반대 방향으로 이동하는 건 은과 폴리피롤 일함수 차이로 인해 에너지 밴드가 아래쪽으로 휘기 때문이라고 설명했는데요. 일함수란 물질 내에 있는 전자 하나를 밖으로 끌어내는 데 필요한 최소의 일 또는 에너지를 말합니다.

 

장재원 교수는 "이 연구는 금속-반도체 나노선의 반도체 밴드구조에 의존한 LSPR 상태에서 전자의 이동 방향 메커니즘을 밝혔다."고 말했습니다. 또한 "이 원리를 바탕으로 반도체 나노선의 성능을 향상시키고 고효율 광촉매 개발이 가능할 것으로 기대된다"며 이 연구의 의의를 설명했습니다.



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2024 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트