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빛이 전기로 활발히 전환되는‘핫스팟’ 찾았다

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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

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'AI직원 35명' 日 NEC…한달 인건비는 300만원? [서울=뉴스핌] 오영상 기자 = 일본 NEC가 인공지능(AI) 에이전트 35명으로만 구성된 '무인 부서'를 운영하고 있다. 부서장부터 중간관리자, 실무 직원까지 모두 AI로 채웠으며, 한 달간 투입된 비용은 약 35만엔(약 300만원)에 불과했다. AI 에이전트 한 명당 월평균 비용은 약 1만엔으로, 사람을 고용하는 방식과 비교해 인건비를 획기적으로 낮출 가능성을 보여주는 실험이다. 14일 닛케이(日經)비즈니스에 따르면 NEC는 지난 8월 1일 '코퍼레이트 AI·워크포스 부문'을 출범했다. 9월 3일 기준 35명의 AI 에이전트가 소속돼 있으며, 경영진 역할을 맡은 AI부터 재무·전략 담당자, 실무 직원까지 일반 조직과 유사한 구조로 운영된다. 이 부서는 법무·인사 등 기업의 관리 업무 가운데 특히 경영기획에 가까운 일을 맡는다. 사내외 정보를 수집·분석하고 경영진의 의사결정을 지원하는 정보 현황판을 작성·운영하는 것이 핵심 임무다. ◆ AI 35명이 월 300만원으로 경영기획까지 NEC가 공개한 실증 결과에서 가장 눈길을 끄는 대목은 비용이다. AI 부서의 실증 기간인 7월 한 달간 AI가 정보를 처리할 때 발생하는 토큰 비용은 약 300만원이었다. 같은 업무를 사람이 수행한다면 인건비가 훨씬 많이 들 것이라는 게 회사 측 설명이다. AI 에이전트 한 명당 단순 평균으로 환산하면 월 약 8만5000원이다. 다만 이 금액은 급여나 전체 운영비가 아니라 AI 모델이 작업을 수행하면서 사용하는 토큰 비용이다. 시스템 구축·유지보수, 전력, 보안 관리 등에 드는 비용까지 포함한 총비용과는 구분해야 한다. 실제 업무도 구체적이다. 재무 담당 AI는 매월 사내 결산 자료를 취합해 재무 보고서를 작성하고, 주가 분석 담당 AI는 매일 아침 자사와 경쟁사의 주가 동향을 정리한다. 또 다른 AI는 정부기관의 시스템 갱신 시기를 분석해 영업 대상으로 삼을 고객을 추려낸다. NEC 무인 부서 구성 [출처=닛케이비즈니스] ◆ AI가 AI를 평가하고 조직을 개선 이 부서의 특징은 AI가 단순히 주어진 작업만 수행하는 데 그치지 않는다는 점이다. AI 에이전트들은 서로 역할을 나눠 자료를 검토하고, 문제점을 지적하며, 업무 효율을 높이는 방안을 논의한다. 예컨대 품질관리 담당 AI는 다른 에이전트가 만든 자료를 점검해 누락된 내용을 지적한다. 비용 관리 담당 AI는 토큰 사용량을 줄이는 방법을 찾아 조직 전체에 공유한다. 재무 담당 경영진 AI는 AI 활용에 투입하는 비용과 성과를 비교해 투자 판단을 내린다. AI 경영진은 매주 '임원회의'를 열어 조직 개선 방안을 논의하고, AI 직원의 역할과 직책이 맞지 않으면 인사 면담을 거쳐 강등하는 사례도 나왔다. 사람의 조직에서 볼 수 있는 평가와 관리 절차를 AI 조직에도 적용한 것이다. 업무 중 오류가 발생하면 AI 에이전트가 스스로 수정하고 외부 환경 변화에도 대응한다. 실패를 점검하고 개선안을 적용하는 순환 구조를 통해 업무 수행 방식을 계속 다듬는다는 설명이다. 다만 최종 평가와 의사결정, 거버넌스 통제는 사람이 담당하며, 사람의 승인이 필요한 사안에도 직원이 개입한다. ◆ 사람은 AI가 만든 결과로 현실을 움직인다 NEC가 무인 부서를 만든 배경에는 AI 활용 방식을 바꾸려는 전략이 있다. 사람이 필요할 때마다 AI를 도구로 사용하는 수준을 넘어, AI 자체가 독립된 조직처럼 업무를 수행하도록 하겠다는 것이다. 고다마 히로시 AI전환최고책임자는 "사람이 AI를 매번 사용하는 기존 방식으로는 AI의 속도와 기능을 충분히 활용하기 어렵다"며 "이에 따라 인적 자본과 AI 자본을 분리하고, 각각의 강점을 살려 가치를 창출하는 조직 모델을 실험하고 있다"고 설명했다. AI가 제공하는 분석은 경영 판단에도 변화를 가져올 수 있다. NEC 측은 기존에는 사업 부문이 보고하는 수치가 보수적으로 제시되는 경향이 있었지만, AI는 예측에 기반한 객관적인 수치를 제공해 사업 부문과 더 깊이 있는 논의를 할 수 있게 됐다고 설명했다. AI 부서의 업무 범위는 향후 총무 등 기업 관리 업무 전반으로 확대될 전망이다. 다만 AI가 사람의 일자리를 곧바로 대체한다는 의미는 아니라는 게 NEC의 입장이다. [AI 일러스트=오영상 기자] goldendog@newspim.com 2026-10-14 08:25
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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.
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