나노기술 및 정책 정보

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스웨덴 웁살라 대학교(Uppsala University) 연구팀이 ‘열전자 홀(hot electron hole, 정공)’을 수확하는 데 있어서 뛰어난 성공을 거둠. 이 결과는 태양전지, 광학학 반응 및 광센서를 개선하는 데 사용할 수 있음. 한동안, 특정 금속성 나노 입자는 빛을 흡수하고 그 과정에서 양전하 및 음전하를 생성 할 수 있는 것으로 알려져 있었음. 이러한 전하가 광 흡수를 통해 발생하면 이를 "핫"이라고 함. 음전하는 "전자"이고 양전하는 "정공"으로 알려져 있음. ‘열전자’는 잘 연구된 현상이며, 반도체에 축적될 수 있는 방식이 알려져 있음. 이를 통해 전자의 수명을 연장하여 광촉매, 태양전지 및 광센서에 사용할 수 있음. 반면에 ‘열정공’은 알려진 바가 훨씬 적음. 새로운 연구에서, 연구팀은 반도체에서 핫 홀의 80 % 이상을 수집하는데 성공했으며, 이는 이전에 알려진 것의 3 배임. 프로세스는 놀랍도록 빨라 200 펨토초 (0.000000000002 초) 미만이 소요됨. 반도체에서 전하를 수집 할 수 있다는 것은 태양 전지와 인공 광합성에 사용될 수 있으므로 이산화탄소를 줄이고 물에서 수소와 산소를 생성할 수 있음을 의미함. 연구원들은 양전하의 축적이 음전하의 동역학에도 영향을 줄 것이라는 이론적 예측을 했음. 이 가설은 새로운 연구에 포함된 관찰에 의해 확인되었음. 빛이 흡수되어 전하가 발생하면 "전자 온도"가 상승함. 핫홀을 수확하면 전자의 열 용량이 증가하여 전자 온도가 얼마나 올라가는 지 수정하게 됨. 이것은 정공이 제거되는 정도를 제어함으로써 전자의 에너지 분포를 조작 할 수 있음을 의미함.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials’ ("Ultrafast hot-hole injection modifies hot-electron dynamics in Au/p-GaN heterostructures") 지에 게재됨.