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
李대통령 지지율 61%[한국갤럽] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령 국정 지지율이 직전 조사보다 소폭 하락해 60%대 초반을 기록했다는 여론조사 결과가 15일 나왔다. 한국갤럽이 지난 12∼14일 전국 만 18세 이상 유권자 1011명을 대상으로 이 대통령의 직무수행에 관한 의견을 물은 결과 '잘하고 있다'는 응답은 61%로 집계됐다. 2주 전 조사 대비 3%포인트(p) 하락했다. 이재명 대통령이 14일 청와대 여민관에서 33차 수석보좌관회의를 주재하며 모두발언을 하고 있다. [사진=청와대] 반면 '잘못하고 있다'는 응답은 28%로 직전 조사 대비 2%p 올랐다. '의견 유보'는 11%로 집계됐다. 직무수행 긍정 평가 이유로는 '경제·민생'(26%)이 가장 높았다. 뒤이어 '외교'(10%), '전반적으로 잘한다'(7%) 순이었다. 부정평가 이유는 '과도한 복지·민생지원금', '도덕성 문제·본인 재판 회피'가 각각 10%로 가장 높았다. 뒤이어 '경제·민생·고환율'(9%), '전반적으로 잘못한다'(8%) 순이었다. 한국갤럽은 "2주 전과 비교하면 부정 평가 이유에서 도덕성 관련 지적이 늘었다"며 "이는 여당이 추진하는 윤석열 정권 조작 수사·기소 특검에 공소 취소 권한 부여 공방 영향으로 보인다"고 분석했다. 정당 지지도 조사에서는 더불어민주당이 45%, 국민의힘이 23%를 기록했다. 민주당은 직전 조사 대비 1%p 떨어진 반면 국민의힘은 2%p 올랐다. 조국혁신당은 2%, 개혁신당은 4%, 진보당은 1%의 지지도를 기록했다. 무당층 응답자는 24%로 집계됐다. 특히 민주당이 추진 중인 이른바 '조작기소 특검법'에 이 대통령 재판을 무효화할 수 있는 공소 취소 권한을 부여하는 것과 관련해서는 반대 의견이 더 많았다. '공소 취소 권한을 부여해야 한다'는 응답은 27%, '부여해선 안 된다'는 응답은 44%로 집계됐다. 의견 유보는 28%였다. 이번 조사는 무작위 추출된 무선전화 가상번호에 전화 조사원 인터뷰 방식으로 진행됐다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-05-15 11:06
사진
이정후 '인사이드 더 파크 홈런' [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 미국 메이저리그 샌프란시스코의 이정후가 '절진 더비' 마지막 날 빅리그 데뷔 첫 인사이드 더 파크 홈런을 기록했다. 김혜성도 중요한 타점을 올리며 팀 승리에 기여했다.  LA다저스는 15일(한국시간) 미국 캘리포니아주 로스앤젤레스 유니클로 필드 앳 다저스타디움에서 열린 2026 메이저리그 샌프란시스코 자이언츠전에서 5-2로 이겼다. 다저스는 지구 라이벌 샌프란시스코를 꺾고 4연전 시리즈에서 2연패 후 2연승을 거두고 균형을 맞췄다. 26승 18패로 샌디에이고(25승 18패)를 제치고 내셔널리그 서부지구 1위를 탈환했다. [로스앤젤레스 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=이정후가 15일(한국시간) MLB 다저스와 원정 경기 5회초 인사이드 파크 홈런을 기록하고 포효하고 있다. 2026.5.15. psoq1337@newspim.com 다저스는 1회말 선두 타자로 나온 스미스가 랜던 룹의 4구째 싱커를 밀어쳐 우중간 담장을 넘기는 솔로 홈런을 터뜨렸다. 스미스의 생애 첫 리드오프 홈런. 2회말 김혜성은 1사 2, 3루에서 첫 타석을 맞은 그는 룹의 초구 싱커를 노려 중전 적시타를 찍었다. 3루 주자 맥스 먼시가 홈을 밟으며 2-0이 됐다. 김혜성의 시즌 타점은 1개 늘었고, 타율도 0.268에서 0.274로 올라갔다. 두 번째 타석인 4회말 2사 2루 상황에서는 높은 패스트볼에 헛스윙 삼진을 당하며 아쉬움을 남겼다. 샌프란시스코 리드오프 이정후는 1회 첫 타석에서는 2루 땅볼로 김혜성에게 잡혔다. 3회 두 번째 타석에서는 몸에 맞는 공으로 출루했지만 후속 타선이 이어가지 못했다. [로스앤젤레스 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=김혜성이 15일(한국시간) MLB 샌프란시스코와 홈 경기 2회말 적시타를 때리고 있다. 2026.5.15. psoq1337@newspim.com 팀이 0-2로 뒤진 5회초 2사 1루에서 이정후는 볼카운트 0-2에서 에밋 시핸의 94.8마일 포심을 밀어쳐 좌익선 쪽으로 날카로운 타구를 보냈다. 타구는 펜스를 맞고 굴절됐고, 좌익수 에르난데스가 처리 과정에서 공을 뒤로 흘렸다. 1루 주자가 먼저 홈을 밟는 동안 이정후는 2루, 3루를 거쳐 멈추지 않고 홈까지 질주했다. 헤드퍼스트 슬라이딩후 포효했다. 메이저리그 데뷔 이후 첫 인사이드 더 파크 홈런이자 시즌 3호 홈런이었다. 스코어는 단숨에 2-2. 다저스는 6회말 2사 2, 3루에서 김혜성 타석에서 대타 알렉스 콜이 투입됐다. 콜은 우전 적시타로 주자 두 명을 모두 불러들이며 4-2를 만들었다. 이어 미겔 로하스의 적시타까지 더해 점수는 5-2로 벌어졌다. 이정후는 8회초 무사 1루에서 알렉스 베시아와 9구 승부를 펼쳤지만 중견수 뜬공으로 잡혀 이날 3타수 1안타 2타점 1득점으로 타율은 0.267로 소폭 올랐다. psoq1337@newspim.com 2026-05-15 14:24
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