나노기술 및 정책 정보

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● 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 조민행(고려대학교 화학과 교수) 연구단장 연구팀은 양자점 디스플레이(QLED) 등 양자점(Quantum Dot)을 활용하는 광전소자의 발광효율을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 제시

● 엑시톤의 상호작용으로 인해 발생하는 오제 재결합(Biexciton Auger Recombination)으로 인해 빛이 밖으로 나오지 않아 양자점을 기반으로 하는 광전소자, 디스플레이의 효율을 향상시키는데 걸림돌이 되고 있었던 상황

● 오제 재결합 현상을 억제하기 위해 많은 분광학 연구가 진행되었지만, 기존 연구는 양자점 자체의 구조적 특성을 변형하거나, 새로운 형태의 양자점 구조를 합성하는 방식으로 진행되었기 때문에 오제 재결합 현상 자체를 능동적으로 제어하지는 못했음

● 이에 연구팀은 크기 100nm(나노미터) 이하의 박막으로 만들어진 양자점을 메타물질 나노구조 위에 제작하여 오제 재결합 현상을 탐구

● 해당 과정에서 수 피코 초(ps) 수준의 매우 짧은 시간에 일어나는 오제 재결합 현상을 관찰하였는데, 나노구조로 인해 오제 재결합 현상이 억제된다는 것을 발견

● 연구팀은 나노구조에 의해 형성된 영상 쌍극자가 양자점의 전이 쌍극자 모멘트와 상호작용을 통해 전체 전이 쌍극자 모멘트의 크기를 감소시키고, 그 결과 오제 재결합을 억제한다는 것을 확인

● 해당 연구는 양자점 내부에서 빈번히 발생하는 오제 재결합 현상을 나노구조를 통해 제어할 수 있음을 최초로 증명하였으며, 광전소자의 효율 향상에 기여할 것으로 기대

※ 용어설명

- 전이 쌍극자 모멘트(transition dipole moment): 양자역학적인 두 상태 간의 전이와 관련된 전기 쌍극자 모멘트. 이 양이 클수록 두 상태 간의 전이가 활발함.

- 쌍극자(dipole): 크기가 같은 양의 전하와 음의 전하가 일정거리 만큼 떨어져 있는 전하 배열

- 영상 쌍극자(image dipole): 금속층 위에 쌍극자가 있을 때 금속에 의해 반대편에 생성되는 쌍극자, 금속에 의해 변화되는 전기장은 영상 쌍극자가 존재한다고 가정할 경우 형성되는 전기장의 변화와 일치

※ Advanced Optical Materials 게재(2021.12.23.), “Tailoring Transition Dipole Moment in Colloidal Nanocrystal Thin Film on Nanocomposite Materials”