한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이도창·김신현 교수 연구팀이 반도체 나노막대를 일렬로 배열한 초박막 편광필름을 개발했다고 20일 밝혔다.

반도체 나노막대는 막대의 긴 방향을 따라 편광 빛을 내는 독특한 광학 특성을 지녔다.

막대한 빛 손실을 가져오는 기존 디스플레이 편광판의 대체자로 꼽힌다.

단일 나노막대 편광 특성을 소자 면적 필름에서 구현하려면 스멕틱(smectic) 자기조립 구조가 필수적이다.

마치 뗏목처럼 모든 나노막대가 한 방향으로 정렬된 형태로 보면 된다.

다만 현재로선 수십 ㎚ 길이와 수 ㎚ 두께의 나노막대를 대면적에서 정렬하기가 무척 어렵다.

연구팀은 공기·용액 계면과 나노막대 간 인력, 나노막대와 나노막대 간 인력을 순차적으로 유도해 단일 층 두께의 나노막대 스멕틱 필름을 제작했다.

이 기술을 활용하면 기판으로 사용한 공기·용액 계면을 용액 증발과 함께 제거할 수 있다.

조립 면적에 따로 제한을 두지 않아도 돼 소자 종류에 상관없이 적용할 수도 있다.

연구팀은 실제 길이 30㎚·지름 5㎚ 나노막대가 88％ 수준의 정렬도로 초박막 필름을 형성하는 것을 확인했다.

나아가 계면과 나노막대, 나노막대와 나노막대 간 상호작용력을 정량적으로 계산해 나노막대가 계면에서 조립되는 원리도 밝혔다.

이 반도체 나노막대 스멕틱 필름은 편광 발광층으로 디스플레이 분야에 활발히 적용할 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.

연구팀의 김다흰 연구원은 "상호작용력 조절을 통해 단일 층 두께에서 나노막대가 스스로 방향성을 통제하며 정렬할 수 있다는 것을 규명했다"며 "외부 힘 없이도 정교한 자기조립구조가 가능하다는 것을 보여주는 결과"라고 말했다.

연구는 한국연구재단 나노·소재원천기술개발사업 지원을 받아 수행했다.

김다흰 연구원이 1 저자로 참여한 논문은 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano letters) 2월 19권 2호에 출판됐다.