전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 전기·전자

속보

더보기

빛이 전기로 활발히 전환되는‘핫스팟’ 찾았다

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

나노미터 수준서 핫전자(hot electron) 거동 관찰
IBS “고효율 에너지 소자 응용 기대”

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 박정영 부연구단장 연구팀은 세계 최초로 핫전자의 발생 거동을 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m) 수준에서 관찰하고 광전변환효율이 가장 좋은 ‘핫스팟’을 찾아냈다고 23일 밝혔다.

빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 차세대 고효율 에너지전환장치 상용화를 견인할 것으로 기대된다.

연구결과는 세계적인 학술지 나노레터스(Nano Letters) 온라인판에 지난 4일 게재됐다.

연구진에 따르면 잔잔한 호수에 돌을 던지면 잔물결이 일 듯, 금속 표면에 빛에너지가 전달되면 금속 내부 자유전자가 표면에서 동시에 진동하는 표면 플라즈몬 공명 현상이 나타난다.

이 과정에서 자유전자는 높은 운동에너지를 가진 전자인 핫전자(hot electron)가 되고, 금속 표면에는 핫전자로 인해 미량의 광(光)전류가 흐른다.

(그림) 금 나노프리즘의 제조 과정 : 이산화티타늄(TiO2) 기판 위에 폴리스티렌 나노구슬을 차곡하게 배열한 뒤 표면에 금(Au) 박막을 씌운다. 이후 폴리스티렌 나노구슬을 제거하면, 빈 공간에 삼각형 모양의 금 박막이 생긴 금 나노프리즘을 얻을 수 있다. 2019.01.23. [자료=IBS]

금속-반도체 접합 나노 다이오드(쇼트키 나노다이오드)는 이런 특성을 활용해 외부의 빛 및 화학에너지를 전기적 신호로 전환하는 장치다. 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 핫전자 발생이 증폭된다는 사실은 이미 알려졌다.

하지만 지금까지는 여러 개의 나노다이오드에서 발생하는 핫전자의 거동을 평균적으로 파악할 뿐, 개별 쇼트키 나노다이오드에서 발생하는 핫전자의 거동을 파악하긴 어려웠다.

핫전자가 수 펨토초(1000조 분의 1초) 만에 사라져 버리기 때문에 특성을 파악하는 일이 매우 까다로울뿐더러 나노 규모에서 일어나는 변화를 파악할 수 있는 장비도 없었기 때문이다.

연구팀은 자체 개발한 광전도 원자간력 현미경으로 이 문제를 해결했다.

먼저 연구팀은 이산화티타늄(TiO2) 박막 위에 크기 132나노미터의 삼각형 모양 금(Au) 나노프리즘을 올린 형태의 쇼트키 나노다이오드를 제작했다. 이후 광전도 원자간력 현미경으로 빛(레이저)을 쪼여가며 나노프리즘에서 발생하는 핫전자를 실시간 검출했다.

레이저의 파장을 변화시켜가며 조사한 결과, 나노프리즘 표면의 플라즈몬 공명과 일치하는 파장의 빛을 조사했을 때 핫전자가 가장 많이 검출됨을 확인했다.

이번 연구에 사용된 나노프리즘의 경우 640나노미터의 빛을 쪼였을 때, 532나노미터의 빛을 쪼였을 때에 비해 2.6배 많은 광전류가 검출됐다. 또한 나노프리즘의 경계면이 내부에 비해 핫전자가 13배 더 활발히 발생한다는 사실도 밝혔다. 나노프리즘의 경계가 핫전자를 가장 많이 발생시키는 핫스팟이라는 의미다.

이번 연구는 그 동안 밝혀지지 않았던 핫전자 발생의 근본적인 메커니즘을 규명했다는 의미가 있다. 핫전자 기반의 나노다이오드를 통해 표면 플라즈몬과 광전류 사이 상관관계를 직접적으로 규명했기 때문이다.

특이 이번 연구는 향후 에너지 산업에의 응용가치도 크다. 쇼트키 나노다이오드 자체를 에너지전환장치로 사용할 수도 있고, 기존 유·무기 태양전지의 후면 금속막을 쇼트키 나노다이오드로 대체하면 더 넓은 영역대의 빛을 흡수하는 고효율 태양전지 개발이 가능하다.

연구팀은 나노프리즘의 종류와 형태를 바꿔가며 가장 높은 광전변환효율을 얻을 수 있는 최적의 설계를 찾아나갈 계획이다.

박정영 부연구단장은 “핫전자 연구는 금속표면에서 일어나는 화학반응과 에너지 소멸현상을 이해하기 위해 시작된 것으로 앞으로 에너지환경 분야를 폭발적으로 발전시킬 것”이라며 “차세대 에너지전환소자 뿐만 아니라 고효율․고성능 광촉매 개발 등 촉매전자학 분야 연구에도 큰 진전이 될 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
7월까지 계란 2112만개 수입 [세종=뉴스핌] 김기랑 기자 = 계란 가격 상승세가 이어지는 가운데 정부가 미국산·태국산 신선란 2112만개를 추가 공급하는 등 수급 안정 대책을 확대한다. 또 계란 가공품 할당관세 물량을 두 배로 늘리고 적용 기간도 연말까지 연장할 예정이다. 농림축산식품부는 계란 생산 감소에 따른 가격 상승으로 소비자 부담이 커지고 있는 상황을 고려해 신선란 공급을 확대한다고 19일 밝혔다. 농식품부는 7월까지 미국산과 태국산 신선란 약 2112만개를 시장에 공급할 계획이다. 매주 448만개 이상을 순차적으로 도입해 이마트와 롯데마트 등 대형 유통업체에 우선 공급하고, 중소 유통업체를 통해 동네 빵집과 슈퍼마켓 등에도 공급할 예정이다. 9일 서울시내 한 대형마트를 찾은 소비자가 계란을 고르고 있다. [사진=뉴스핌DB] 우선 이번 주말부터 미국산 신선란 112만개를 이마트와 롯데마트에서 순차적으로 판매한다. 정부는 계란 가공품 수입 확대를 위해 할당관세 적용 기간을 기존 6월에서 12월까지로 연장하고, 적용 물량도 4000톤(t)에서 8000t으로 늘릴 방침이다. 농식품부는 지난해 겨울 발생한 고병원성 조류인플루엔자(HPAI)로 인한 산란계 살처분과 사육밀도 개선 등의 영향으로 계란 생산량이 감소하면서 가격 상승세가 이어지고 있다고 설명했다. 실제 계란 산지가격은 6월 중순 기준 특란 30구당 6263원으로 평년보다 24.1%, 지난해보다 8.5% 각각 높다. 소비자가격도 7506원으로 평년 대비 9.3%, 전년 대비 7.1% 각각 상승한 상태다. 다만 수급 여건은 점차 개선될 것으로 전망된다. 6월 산란계 사육 마릿수는 7879만수로 평년보다 4.6%, 지난해보다 0.4% 각각 증가했다. 1~5월 병아리 입식도 전년보다 12.8% 늘어 7월 일일 계란 생산량은 4900만개 수준까지 회복될 것으로 예상된다. 농식품부는 생산 회복 효과가 실제 시장 공급과 가격 안정으로 이어지기까지 시간이 필요한 만큼 할인 지원 사업 확대와 농협 납품단가 인하를 병행하고, 여름철 폭염에 따른 수급 불안에 대비해 신선란 수입 물량 추가 확대도 검토하고 있다. 이재식 농식품부 축산정책관은 "국내 산란계 마릿수는 꾸준히 증가하고 있으며 계란 생산도 점차 회복되고 있다"며 "국내 생산 기반 확충과 농가 경영 안정을 지원하는 한편, 소비자 물가 안정을 위해 수급 상황을 면밀히 점검하고 필요한 조치를 신속히 추진하겠다"고 강조했다. rang@newspim.com  2026-06-19 11:00
사진
'군기누설' 김용현 1심 징역 3년 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄 당시 노상원 전 국군정보사령관에게 정보사 명단을 전달한 혐의로 기소된 김용현 전 국방부 장관이 1심에서 징역 3년을 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 19일 김 전 장관의 군형법상 군기누설 및 개인정보보호법 위반 혐의 사건의 1심 선고기일을 열었다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 19일 12·3 비상계엄 당시 노상원 전 국군정보사령관에게 정보사 명단을 전달한 혐의로 기소된 김용현 전 국방부 장관의 1심에서 징역 3년을 선고했다. 사진은 김 전 장관. [사진=뉴스핌 DB] 재판부는 양형이유에 대해 "피고인은 국방부 장관으로서 군사기밀과 군인의 개인정보를 보호할 책임이 있는 위치에 있었고, 누구보다 군사기밀과 특수임무 수행 인력의 신상정보 보호 필요성을 잘 알고 있었다"며 "그럼에도 민간인인 노상원이 관련 인적사항에 접근할 수 있도록 하는 데 결정적인 역할을 했다"고 지적했다. 그러면서 "이 사건 군기누설 범행에 대해 피고인에게 가장 엄중한 책임을 묻지 않을 수 없다"며 "나아가 아무런 실체적 요건을 갖추지 못한 계엄이 선포 단계에 이르는 동력 중 하나가 됐고, 단순한 군기누설이나 개인정보보호법 위반을 넘어 위헌·위법한 계엄 선포라는 중대한 결과를 초래했다"고 판시했다.  pmk1459@newspim.com 2026-06-19 15:00
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동