DGIST(총장 손상혁)는 임성준 지능형소자융합연구실 선임연구원이 앤드류 스미스 미국 일리노이드주립대학교 교수 연구팀과 공동연구를 통해 흡광 스펙트럼 측정만으로 반도체 나노입자의 결정 구조를 분석하는 '나노 광학결정학 분석법'을 개발했다고 14일 밝혔다. 

반도체 나노입자는 입자의 크기와 모양에 따라 광학적, 전기적 특성이 다양하게 조절되는 독특한 나노물질로 LED, 태양전지, 광센서, 생체분자 이미징 등 다양한 과학기술 분야에서 널리 활용되고 있다.

나노입자의 광학적, 전기적, 형태적 특성을 이해하고 제어하려면 나노입자의 결정 구조를 정확하고 효율적으로 분석하는 과정이 필수다. 

하지만 기존의 나노입자 결정 구조 분석에 가장 널리 활용되고 있는 X선 회절 기법은 고가의 분석 장비가 필요하고 정제된 분말 상태의 나노입자 시료가 다량 필요해 분석 과정이 번거롭고 비용이 많이 들었다. 또 대부분 용액 내에서 합성, 정제, 보관되는 나노입자 시료에 직접적으로 적용할 수 없다는 한계가 있다.

이에 연구팀은 나노입자의 결정 구조와 흡광 스펙트럼 사이의 상관관계에 관한 실험과 이론적 연구를 통해 셀렌화카드뮴(CdSe)과 같은 II-VI족 반도체 나노입자의 두 결정구조(zinc-blende, wurtzite)를 흡광 스펙트럼 분석만으로 구분할 수 있는 방법을 개발했다.

연구팀이 개발한 나노 광학결정학(Optical Crystallography) 분석법은 X선 회절 기법으로 정확히 분석하기 어려운 2나노미터 이하의 나노입자의 결정 구조를 정확하게 관찰할 수 있다. 더욱이 다결정성(Polytypic) 나노입자의 결정 구조도 빠르게 예측할 수 있다.

연구팀은 분광학적 방법을 통해 나노입자의 구조와 특성의 상관관계 규명하는 연구에 활용해 나노입자 합성 기술을 발전시킬 것으로 기대하고 있다. 

임성준 선임연구원은 "나노입자의 결정 구조뿐만 아니라 입자의 모양과 표면 상태 등 다양한 구조적 특성들과 광학 스펙트럼 사이의 상관관계를 밝힐 새로운 분석법"이라며 "앞으로 이론적 연구와 실험을 지속적으로 수행해 활용 가치가 높은 광학결정학 분석 기법을 위한 후속연구를 진행할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 지난달 18일자 온라인판에 실렸다.