[금강일보 박정환 기자]국내 연구진이 ‘분광법 펨토초 시분해 분광법’ 기법을 통해 정확한 전자전이 관찰에 성공했다. 이에 더해 약 1피코 초 내에 전자와 정공이 재결합하는 ‘인트라밴드 오제현상’을 발견했다.  

기초과학연구원(IBS)은 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장 연구팀이 자가도핑 양자점을 시분, 분광법을 통해 연구한 결과 양자점을 활용한 반도체의 성능을 저해하는 새로운 요인을 찾아냈다고 3일 밝혔다.

양자점은 지름이 2~10nm 수준에 불과한 반도체 입자다. 양자점 기술의 핵심은 전도대로 들뜬 전자가 어떤 경로를 거쳐 정공과 재결합하는지에 달려 있다. 들뜬 전자가 빛을 다시 방출하면서 제자리로 돌아와 정공과 결합하는 경우 이 빛을 디스플레이 등으로 활용할 수 있다. 반면 오랜 시간 들뜬 상태를 유지하는 경우 빛에 의해 생성된 전자와 정공을 이용해 전류를 만들 수 있다. 즉 전도대로 들뜬 전자의 동력학을 이해하는 것은 양자점의 응용에 있어 매우 중요하다. 지금까지 들뜬 전자의 움직임을 파악하기 위한 많은 분광학 연구가 진행됐다.

하지만 기존 연구는 가전자대에 생성되는 정공의 영향 때문에 복잡한 전자전이를 명확히 관찰하기 어려웠다. 또한 기존 기술은 전자의 동력학을 실시간으로 관측하기엔 한계가 있었다. 연구진은 100펨토 초 단위로 시료를 분석할 수 있는 ‘분광법 펨토초 시분해 분광법’을 이용해 ‘자가도핑 양자점' 전도대 내부에서 벌어지는 전자 전이만 선택적으로 실시간 관측하는데 성공했다.

자가도핑 양자점은 전도대의 일부가 전자로 차 있는 입자로 가전자대의 정공 영향 없이 전도대 내부 전자의 움직임만을 선택적으로 관측하기 유리하다. 그 결과 약 1피코 초 내에 전자와 정공이 재결합하는 새로운 현상을 발견하고 이를 ‘인트라밴드 오제현상’이라 명명했다.

박정환 기자 pjh@ggilbo.com