[이슈밸리=권동혁 기자] 국내 연구진이 페로브스카이트 나노입자의 발광 원리를 정밀하게 규명해 구조적 안정성을 높일 수 있는 제어 기술을 개발했다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 23일 대구센터 채원식 박사 연구팀은 DGIST와 공동으로 페로브스카이트 광소재 내 양자입자의 상태 변화를 실시간 분석해 발광의 안정성을 획기적으로 높였다고 밝혔다.
일반적으로 발광 현상은 나노광소재를 빛으로 들뜨게 했을 때 생성되는 전자-정공(엑시톤, exciton) 재결합 또는 엑시톤쌍(biexciton)의 결합 에너지를 통해 일어나는 것으로 알려져 있다.
그러나 이번 연구로 엑시톤, 엑시톤쌍 재결합에 의한 발광경로 외에도 트라이온(trion) 결합이라는 또다른 발광경로가 존재한다는 것을 새로 알게됐다.
연구팀은 ‘시분해 형광 공초점 현미경(FLIM)’ 장비로 단일 나노입자 내부를 시간과 공간을 동시 분할해 양자입자의 상태변화를 실시간 분석했다.
그 결과 엑시톤에 음전하를 띠는 전자 또는 양전하를 띠는 정공이 추가적으로 결합한 트라이온 양자입자의 존재 여부를 확인했고 또 이렇게 생성된 음전하 또는 양전하 트라이온 입자들의 불규칙한 움직임이 발광의 안정성을 낮추는 주요 원인임을 찾아냈다.
특히 발광 효율 저하의 주요 요인이 되는 트라이온 재결합을 차단하기 위해 은(Ag) 나노막대 광결정 기판을 적용해 결합 경로를 효과적으로 제어하는 기술을 세계 최초로 개발했다.
광결정은 신호전달용 광섬유 케이블에도 적용되는 구조 결정체다. 은(Ag) 나노막대 광결정을 통해 트라이온 재결합은 제거되는 반면 고효율 발광에 유익한 엑시톤 재결합 경로가 확대됨으로써 발광의 안정성을 한층 높였다.
채 박사는 “반도체 나노소재 내에서 생성되는 다양한 양자입자들의 실시간 거동 분석을 위한 후속 연구도 진행하고 있다”고 밝혔다.
