빛이 만드는 금속 표면 정공 실시간 관찰 성공

KBSI·KAIST 공동 연구…차세대 소자 개발 가속화 전망

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 빛이 금속 표면에 닿는 순간 만들어지는 정공(hole)인 ‘플라즈모닉 핫홀’을 실시간 관찰하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

플라즈모닉 핫홀의 수명이 수 펨토초(1천조분의 1초) 수준으로 매우 짧아 실시간으로 그 모습을 관찰하기는 어려웠다.

이 때문에 이미 알려진 핫홀의 화학반응 촉진 기능을 실제 소자 개발에 활용하지는 못했다.

KBSI 소재분석연구부 이문상 박사 연구팀은 한국과학기술원(KAIST) 화학과 박정영 교수 연구팀과 함께 금속-반도체 접합 나노다이오드(얇은 금속 박막과 반도체로 이뤄진 소자)를 제작했다.

광전도 원자간력 현미경으로 이를 분석한 결과, 나노미터(10억분의 1m)·펨토초 수준에서 일어나는 플라즈모닉 핫홀의 생성부터 소멸까지 실시간으로 관찰하고, 전기적 흐름을 분석하는 데 성공했다.

이번 성과로 차세대 인공광합성 소자, 초고효율 광촉매, 에너지 저장 소자, 초고감도 바이오 광센서 등 다양한 연구에 속도가 붙을 것으로 KBSI는 내다봤다.

이문상 박사는 “그동안 이론적 계산과 간접적 실험으로 유추할 수밖에 없었던 핫홀을 실시간으로 관찰해 기초적인 메커니즘을 밝혀낸 게 이번 연구의 큰 의의”라고 설명했다.

KAIST 화학과 이현화 박사과정생이 제1저자인 이번 논문은 지난 22일 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 실렸다.

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