나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 "광전자 소재 동력학 특구(特區) 연구 그룹"의 우카이펑(吳凱豊) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 나노 결정에서 홀(hole)로의 이동 유도 관측 연구에서 혁신성과를 취득하여 이슈가 되고 있음.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 무기 나노 결정 표면 결함 상태와 무기/유기 인터페이스 에너지 레벨 배열 분포를 합리적으로 제어하는 방법을 이용한 동시에 초고속 시간 해상도 광 스펙트럼 기술과의 결합을 통해 최초로 무기/유기 인터페이스 전자 이동 유도의 3라인 상태 에너지 이전 현상을 관측해 내는데 성공하였음.

통일적인 물리 이미지를 취득하고 해당 분야 연구를 추진하기 위해 연구팀은 최근 년 간 무기/유기 인터페이스 3라인 상태 에너지 이동 동력학 연구를 심층적으로 추진해온 상황이며, 관련 연구를 실행하는 과정에서 무기 나노 결정과 유기 분자 간의 에너지 레벨 배열 분포에 의해 결정되는 3라인 에너지 이동은 나노 결정에서 분자 홀로의 이동 유도에 의해 결정되거나 직접적인 3라인 상태 여기자(exciton) 이동에 의해 결정된다는 점을 발견하였음.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 "전자 이동 유도의 3라인 상태 에너지 이동은 나노 결정에서 분자로의 전자 이동을 통해 전하 분리 상태를 생성시키고, 다음 나노 결정에서 분자 홀로의 이전을 통해 분자 중에서 스핀 평행이 되는 3라인 상태 여기자를 생성시키는 메커니즘이 존재 한다"는 점을 발견하였음.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 홀 결함을 수용하는 특성을 보유하고 있는 납 할로겐 페로브스카이트 나노 결정(lead halogen perovskite nanocrystals)을 3라인 상태 시주(benefaction)로 사용하고, 로다민 분자(Rhodamine molecule)를 3라인 상태 액셉터(acceptor)로 사용한 동시에 전통 황화카드뮴 나노 결정을 대조 그룹으로 이용하여 무기/유가 인터페이스 모델 시스템을 구축하였음.

연구팀은 광 스펙트럼 동력학을 통해 페로브스카이트 나노 결정-로다민 시스템 중의 전자 이동 유도의 3라인 상태 에너지 이동 메커니즘을 해석하였으며, 황화카드뮴 나노 결정 속에서 홀 함정이 홀의 에너지를 대폭 감소시키고 전자 이동 후속으로 수요 되는 홀 이동을 억제시켜 3라인 상태 여기자(exciton) 이동을 완성할 수 없게끔 한다는 점을 발견하였음.

연구팀은 원리 차원에서 "전하 이동 유도의 3라인 상태 이동 메커니즘은 전통적인 Dexter 메커니즘에 비해 인터페이스 전자 커플링 강도에 대한 요구가 더욱 낮기 때문에 나노 결정은 매우 강한 양자 제한 구역 효과를 보유할 필요를 없게끔 하고 있다"는 연구 결론을 도출하였음.

연구팀이 도출한 연구 결론은 나노 결정의 민감제 적용 범위를 확장시키는 면에서 중요한 실용적 가치를 보유하고 있을 뿐만 아니라 단일 라인 상태 산소 생성 및 광자 상에서의 전환 등 응용을 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

본 연구 성과는 ‘J. Am. Chem. Soc’ ("Triplet Energy Transfer from Perovskite Nanocrystals Mediated by Electron Transfer")에 게재됨.