DGIST 연구팀이 기존에 널리 쓰이는 나노입자 분석법보다 나노입자 구조를 간편하고 정확하게 분석할 수 있는 새로운 분광학적 방법을 개발했다.

DGIST 지능형소자융합연구실 임성준 선임연구원이다.

DGIST(총장 손상혁)는 지능형소자융합연구실 임성준 선임연구원이 미국 일리노이주립대학교 앤드류 스미스(Andrew M. Smith) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 흡광 스펙트럼 측정만으로 반도체 나노입자의 결정 구조를 분석할 수 있는 '나노 광학결정학 분석법'을 개발했다고 14일 밝혔다.

관련 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 지난달 18일자 온라인판에 게재됐다.

양자점(퀀텀 닷, Quantum Dot)으로 널리 알려진 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.

II-VI족 및 III-V족 화합물 반도체는 섬아연광형 구조와 우르츠광형 구조의 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있는 다형성 물질이다.

이들 나노입자의 광학적, 전기적, 형태적 특성들을 이해하고 제어하기 위해서는 나노입자의 결정 구조를 정확하고 효율적으로 분석하는 과정이 필수적이다.

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.

또한, 대부분 용액 내에서 합성, 정제, 보관되는 나노입자 시료에 직접 적용할 수 없다는 한계가 있다.

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.

이러한 '나노 광학결정학(Optical Crystallography) 분석법'은 X선 회절 기법으로 정확히 분석하기 어려운 2나노미터 이하의 나노입자의 결정 구조를 정확하게 관찰할 수 있다.

또한, 다결정성 나노입자의 결정 구조도 빠르게 예측할 수 있다.

이에 연구팀이 개발한 새로운 분석법은 분광학적 방법을 통해 용액 속 나노입자의 결정 구조를 간단하고 정확하게 분석할 수 있는 새로운 분석 방법으로서 나노입자의 구조와 특성의 상관관계 규명하는 연구에 활용해 나노입자 합성 기술을 발전시킬 것으로 기대된다.

DGIST 지능형소자융합연구실 임성준 선임연구원은 "나노입자의 결정 구조뿐만 아니라 입자의 모양과 표면 상태 등 다양한 구조적 특성들과 광학 스펙트럼 사이의 상관관계를 밝힐 새로운 분석법"이라고 말했다.

아울러 "앞으로 이론적 연구와 실험을 지속적으로 수행해 활용 가치가 높은 광학결정학 분석 기법을 위한 후속연구를 진행할 것"이라고 말했다.