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한국과학기술원(KAIST) 박정영 석좌교수와 인하대 이문상 교수 공동 연구팀은 순간적으로 소멸하는 플라즈모닉 핫홀을 더 오래 유지하고 증폭시키는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
플라즈모닉 핫홀은 빛이 금속 나노 구조체 표면에 닿으면 순간적으로 만들어지는 정공(hole)이다.
높은 에너지를 갖고 있어 고효율로 광에너지를 전기·화학에너지로 변환할 수 있지만, 피코초(1조분의 1초) 안에 사라지기 때문에 실제 응용하기는 쉽지 않다.
핫홀의 이동 거리가 수 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)에 불과해 실시간 흐름을 검출하기 위해서는 고분해능 분석 장비가 필요하다.
연구팀은 금속 나노 그물망을 차세대 반도체 핵심 소재인 질화갈륨 반도체 기판 위에 배치, 핫홀 추출을 촉진하는 데 성공했다.
핫홀 추출 방향과 같은 질화갈륨 기판 위에서는 다른 방향보다 핫홀의 흐름 증폭이 2배 증가하는 것으로 나타났다.
이어 광전도성 원자힘현미경을 활용해 머리카락 굵기의 10만분의 1 정도인 ㎚ 수준에서 핫홀의 흐름을 실시간 분석했다.
핫홀은 금 나노 그물망에 빛이 국소적으로 집중되는 영역에서 강하게 활성화되지만, 질화갈륨 기판의 성장 방향을 바꾸면 이외의 영역에서도 핫홀의 흐름이 활성화되는 것으로 나타났다.
박정영 교수는 "빛을 전기·화학 에너지로 변환하는 효율적인 방법을 찾았다"며 "태양광을 이용한 에너지 변환 기술의 발전을 통해 차세대 태양전지, 광촉매, 수소 생산 기술 개발에 기여할 것"이라고 말했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 지난 7일 자 온라인 판에 실렸다.
- 연합뉴스
- 저작권자 2025-03-14 ⓒ ScienceTimes
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