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
대한변협, 윤석열 변호사 자격 취소 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포 방해 등 혐의로 대법원에서 징역 7년을 확정받은 윤석열 전 대통령이 변호사 자격을 취소당했다. 29일 법조계에 따르면 대한변호사협회는 전날 윤 전 대통령의 변호사 등록을 취소했다. 앞서 법무부가 변협에 등록취소를 명령한 데 따른 것이다. 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포 방해 등 혐의로 대법원에서 징역 7년을 확정받은 윤석열 전 대통령이 변호사 자격을 취소당했다. 윤석열 전 대통령. [사진=뉴스핌DB] 변호사법 제5조는 '금고 이상의 형을 선고받고 그 집행이 끝나거나 그 집행을 받지 않기로 확정된 후 5년이 지나지 않은 자'를 변호사 결격사유로 규정한다. 같은 법 제18조는 '변협은 변호사가 제5조에 따른 결격사유에 해당하는 경우 변호사의 등록을 취소해야 한다'고 정하고, 제19조는 법무부 장관이 등록 변호사가 결격사유에 해당한다고 판단되면 변협에 등록취소를 명령해야 한다고 정하고 있다. 대법원은 지난 9일 특수공무집행방해 등 혐의를 받는 윤 전 대통령에 대해 징역 7년을 선고한 원심을 확정했다. 윤 전 대통령은 지난해 1월 공수처의 체포영장 집행 방해 혐의, 비상계엄 선포 전 일부 국무위원의 심의권을 침해한 혐의 등으로 기소됐다.   hong90@newspim.com 2026-07-29 10:59
사진
서영교 "형소법 오늘 법사위 의결" [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 국회 법제사법위원장인 서영교 더불어민주당 의원이 검찰의 직접수사권을 전면 폐지하고 중대범죄수사청(중수청)으로 이관하는 형사소송법 개정안을 29일 법사위 전체회의에서 의결하겠다고 밝혔다. 아울러 정치권에서 불거진 '대통령 연임 개헌' 논란에 대해 4년 중임제 개헌 필요성에는 공감하면서도 현직 대통령 적용에는 선을 그었다. 서 의원은 이날 SBS 라디오 '김태현의 정치쇼'에서 전날 밤 법안심사소위를 통과한 형소법 개정안의 주요 내용과 법안 처리 방침을 전했다. 27일 오전 서울 여의도 국회에서 열린 법제사법위원회 전체회의에서 서영교 위원장이 발언을 하고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 서 의원은 이번 개정안에 대해 "검사는 기소, 공소유지, 영장청구권으로 경찰을 견제하고 인권을 보호하는 원래의 역할로 돌아가는 것"이라며 "검찰이 했던 오욕의 역사를 정리하는 법안"이라고 했다. 개정안 처리에 반발하며 소위장에서 퇴장한 국민의힘을 향해서는 "국민 세금을 받았으면 열심히 일을 해야 하는데 일 안 하고 나갈 핑계만 찾았다"고 비판했다. 개정안의 구체적 내용과 관련해서는 "검사가 하던 수사는 한국판 FBI인 중수청으로 이관되고, 검사는 수사결과가 미진할 경우 경찰에 '보완수사'를 요구할 수 있다"고 설명했다. 서 의원은 경찰이 보완수사 요구를 정당한 이유 없이 이행하지 않으면 검사가 징계나 수사관 교체를 요구할 수 있고, 피해자 역시 이의제기를 통해 수사관 교체나 중수청 보완수사를 요청할 수 있게 조치했다고 부연했다. 또한 "아동학대, 가정폭력, 성범죄 등 7대 약자 대상 범죄는 개별 특별법을 통해 전건 송치되도록 보완책을 갖췄다"며 "피해자 권리를 한층 두텁게 보호하는 진화된 법안"이라고 강조했다. 정성호 법무부 장관의 사의 표명설에 대해선 "정식 사의 표명이 아니다"라며 "공소청과 중수청이 출범할 때까지 장관으로서 역할을 마무리해야 한다"고 밝혔다. 서 의원은 전날 조정식 국회의장의 '대통령 연임 개헌' 언급으로 유발된 논란에 대해 "과도한 해석"이라고 잘라 말했다. 다만 개인적 견해를 전제로 "기존 5년 단임제를 4년 중임제로 바꾸는 개헌 자체는 필요하다고 생각한다"면서도 "개헌을 하더라도 현직 이재명 대통령에게 적용되지 않도록 가는 것이 맞다"고 분명한 경계를 설정했다. allpass@newspim.com 2026-07-29 10:19
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