나노 입자 구조 정확하게 분석하는 분광학적 방법 개발됐다

셀렌화카드뮴(CdSe)반도체 나노입자는 원자들의 결합 구조에 따라 붉은색 배경 속 구조 또는 초록색 배경 속 구조 등 두 가지 서로 다른 결정 구조를 가질 수 있다. 나노입자 용액의 간단한 흡광 스펙트럼 측정을 통해 두 결정구조를 구분할 수 있다. /사진제공=DGIST

나노입자 구조를 간편하고 정확하게 분석할 수 있는 새로운 분광학적 방법이 개발됐다.

임성준 대구경북과학기술원(DGIST) 지능형소자융합연구실 선임연구원이 미국 일리노이주립대학교 앤드류 스미스 교수 연구팀과 공동연구를 통해 흡광 스펙트럼 측정만으로 반도체 나노입자의 결정 구조를 분석할 수 있는 ‘나노 광학결정학 분석법’을 개발했다고 14일 발표했다.

반도체 나노입자는 입자의 크기와 모양에 따라 광학적, 전기적 특성이 다양하게 조절되는 독특한 물질로 발광다이오드(LED), 태양전지, 광센서, 생체분자 이미징 등에 널리 활용되고 있다. 나노입자의 광학적, 전기적, 형태적 특성들을 이해하고 제어하기 위해서는 나노입자의 결정 구조를 정확하고 효율적으로 분석하는 과정이 필수적이다. 하지만, 기존에 사용하는 X선 회절 기법은 고가의 분석 장비가 필요하고 정제된 분말 상태의 나노 입자 시료가 다량 필요해 분석 과정이 번거롭고 비용이 많이 들었다.

연구팀은 나노입자의 결정 구조와 흡광 스펙트럼 사이의 상관 관계를 이용, 반도체 나노입자의 두 결정구조를 흡광 스펙트럼 분석만으로 구분할 수 있는 방법을 개발했다.



이 분석법은 X선 회절 기법으로 정확히 분석하기 어려운 2nm(나노미터) 이하의 나노 입자의 결정 구조를 정확하게 관찰할 수 있으며, 다결정성 나노입자의 결정 구조도 빠르게 예측할 수 있다.

임성준 선임연구원은 “나노입자의 결정 구조뿐만 아니라 입자의 모양과 표면 상태 등 다양한 구조적 특성들과 광학 스펙트럼 사이의 상관 관계를 밝힐 수 있다”면서 “앞으로 활용 가치가 높은 광학결정학 분석 기법을 위한 후속연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난달 18일자 온라인판에 게재됐다. /문병도기자 [e-mail]

임성준 DGIST 지능형소자융합연구실 선임연구원/사진제공=DGIST