반도체 양자 나노막대 사이 에너지 전달현상, 영상 구현 성공
KBSI 채원식 박사, KAIST, KIST와의 공동연구…'Chemistry of Materials 지'에 논문 게재
한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 정광화)는 채원석 박사팀이 반도체 양자 나노막대 사이의 에너지 전달 속도가 나노막대들의 쌓임 구조에 따라 서로 상이하게 나타나는 현상을 손쉽게 영상으로 구현하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
이번 기술 개발에는 '시분해형광공초점현미경'(Time-Resolved Fluorescence Confocal Microscopy)을 이용한 영상분석기술이 사용됐다.
나노입자들 사이에서 발생하는 에너지 상호작용에 대한 양자 물성은 피코(일조분의일)-나노(십억분의일)초의 극초단 시간 영역에서 주로 나타난다. 또 나노입자들이 쌓여져 형성되는 자기조립체의 경우 위치에 따라 쌓임 구조가 서로 달라지게 된다.
채 박사팀은 이때 변화하는 공간상에서의 극초단 양자 물성 변화 관찰에 '시분해형광공초점현미경'을 이용한 시간-공간 분할 영상분석기술을 활용해 영상으로 구현했다.
이번 연구에 활용된 '시분해형광공초점현미경'은 반도체와 세라믹 등 신소재분야 뿐만 아니라 형광 현상을 기반으로 하는 환경소재, 나노-바이오 융합소재 및 의료, 진단 분야에 이르기까지 폭넓은 분야에서 활용될 것으로 전망된다.
이번 연구는 기초지원연·KAIST·KIST의 공동연구 결과로 이뤄졌다. 연구 성과는 소재화학 분야 세계유수 학술지인 '케미스트리 오브 머티리얼스(Chemistry of Materials)지 2일자 온라인판(논문명: Controlled Vortex Formation and Facilitated Energy Transfer within Aggregates of Colloidal CdS Nanorods, IF=8.535)에 게재됐다.
채원식 기초지원연 박사는 "반도체 나노입자들 간의 에너지 상호작용을 직접 영상으로 분석할 수 있게 돼 앞으로 디스플레이, 태양전지 등의 소자를 설계할 때 성능 향상에 필수적인 핵심 양자 물성 정보를 신속히 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.
아울러 공동연구자로 참여한 김휘동 KAIST 연구원, 배완기 KIST 박사는 "대학 연구실에서 개발한 나노막대 자기조립체의 구조변화에 따른 국부적 에너지 변화를 규명할 방법이 없었는데, 기초지원연의 첨단 현미경장비를 이용해 밝혀낼 수 있었다"며 첨단 연구를 수행하는 데에 첨단 연구장비와 분석기술 확보가 중요함을 강조했다.
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