나노기술 및 정책 정보

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● 기초과학연구원의 현택환 나노입자 연구단장(IBS) 연구팀은 27개의 원자로 구성된 세상에서 가장 작은 반도체 구조를 규명

● 최근 나노과학 분야에서는 반도체 나노입자를 원하는 크기, 모양, 조성으로 합성하는 연구가 활발하지만, 가장 정밀한 방법을 사용하더라도 원자적 수준에서 균일한 나노입자를 합성하기에는 한계였음.

● 이에 연구팀은 카드뮴 원자 14개와 셀레늄 원자 13개로 이루어진 현재까지 규명된 가장 작은 반도체 클러스터(Cd14Se13)를 단일 사이즈로 만드는 새로운 방법을 고안

● 우선, 기존 반도체 나노클러스터를 둘러싼 리간드1)에 주목했으며, 이전까지의 실험과 달리, 이번 연구에서는 단일 사이즈 클러스터의 안정성을 높이기 위해 기존 반도체 클러스터의 단일 자리 리간드를 삼차 이중 자리 리간드로 대체

● 이후, 합성된 단일 클러스터 수십억 개를 규칙적으로 연결해 단결정을 만들었으며, 기존 반도체 클러스터는 단일 자리 리간드로 인한 상호작용으로 조절이 불가능하고 불안정한 뭉침이 일어났지만, 연구팀이 합성한 단일 사이즈의 반도체 나노클러스터는 무작위의 뭉침이 발생하지 않아서 안정적으로 단결정을 성장

● 한편, 연구팀은 단결정 X-ray 회절법을 통해 성장한 단결정의 독특한 구조를 분석했으며, 지금까지 규명된 일반적인 반도체 나노클러스터들이 초사면체 구조인 것과는 달리, 합성한 반도체 나노클러스터는 셀레늄(Se)을 중심으로 카드뮴 셀레나이드(Cd14Se13)가 감싸고 있는 코어-케이지 구조를 이루는 것을 확인

※ Chem 게재(2022.07.26.), “Structure of a subnanometer-sized semiconductor Cd14Se13 cluster”