▲ 시분해 형광 공초점 현미경 이미지. KBSI 제공

한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 대구센터 채원식 박사 연구팀과 대구경북과학기술원(총장 국양, 이하 DGIST) 에너지공학과 이종수 교수 연구팀이 공동으로 페로브스카이트 광소재 내 양자입자의 상태변화를 실시간 분석해 발광 효율을 저해하는 요인을 제거함으로써, 발광의 안정성을 획기적으로 높인 성과를 얻었다고 21일 밝혔다.

KBSI 대구센터의 ‘시분해 형광 공초점 현미경(FLIM)’ 장비로 단일 나노입자 내부를 시간과 공간을 동시 분할해 양자입자의 상태변화를 실시간 분석한 결과 엑시톤에 음전하를 띠는 전자 또는 양전하를 띠는 정공이 추가적으로 결합한 트라이온 양자입자의 존재여부를 확인할 수 있었다.

또 이렇게 생성된 음전하 또는 양전하 트라이온 입자들의 불규칙한 움직임이 발광의 안정성을 낮추는 주요 원인임을 찾을 수 있었다. 특히 발광 효율 저하의 주요 요인이 되는 트라이온 재결합을 차단하기 위해 은(Ag) 나노막대 광결정 기판을 적용해서 결합 경로를 효과적으로 제어하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

향후 페로브스카이트 소재 외에도 반도체 나노소재 내에서 발생하는 엑시톤 입자 및 다양한 양자입자의 새로운 발광 경로를 밝히는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. KBSI 대구센터 채원식 박사 연구팀은 은 나노막대 광결정을 이용하여 페로브스카이트 양자점 나노입자의 들뜸 상태에서 엑시톤, 엑시톤쌍, 트라이온 재결합 동역학을 정밀 규명하는 연구를 수행했고 DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 고효율의 페로브스카이트 나노입자를 개발했다.

박정환 기자 pjh@ggilbo.com

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