에너지과학과 정소희 교수 연구팀(제1저자 김미리 박사, 공저자 최만민 석박통합과정, 최신일 박사과정)은 퀀텀닷(Quantum Dot)의 노출된 표면(facet)을 성공적으로 제어하여 표면 구조 및 관련 화학 반응성의 변화를 규명하였다.

퀀텀닷은 그 크기가 매우 작아 (1-10 nm 수준) 표면 구조의 이해 및 제어가 중요하지만 나노 수준의 결정체의 표면구조를 아는 것은 대단히 어렵다. 이에 연구팀은 정밀히 디자인된 콜로이드 합성법을 통해 노출된 표면이 제어된 퀀텀닷을 합성하였다. 특히, 퀀텀닷의 표면과 리간드(ligand) 결합을 원자수준에서 제어하였으며 이를 통해 단일 표면을 가지는 다면체(tetrahedron, octahedron)와 다중 표면을 가지는 나노구조체(tetrapod, truncated-octahedron) 등에 이르기까지 퀀텀닷 표면 연구를 위한 라이브러리를 구축하는데 성공하였다.

또한, 표면이 잘 정의된(well-defined) 퀀텀닷 구조 및 화학 반응성 이해를 기반하여 초소형 퀀텀닷의 우수한 대기안정성의 화학적 규명, 단일 양자점의 다중 홀전자쌍 발광에 관한 양자기술을 구현하여 차세대 QLED 기술 발전에 기여하였다. 또한 정밀한 표면 리간드 치환기술 개발을 통한 퀀텀닷 박막의 전기적 특성 연속 제어, 퀀텀닷 기반 광전소자의 성능 향상을 제시하는 등 차세대 반도체 기술을 한단계 높은 수준으로 끌어올렸다는 평가를 받았다.

정소희 교수 연구팀은 “본 연구를 통해 연구실에서 10년간 개발해온 초소형 반도체 나노 결정체인 퀀텀닷의 표면 구조 및 관련 화학 반응성 규명의 새로운 장을 연 것에 그 의미가 있다”며 “이를 통해 퀀텀닷의 초균질 특성 확보가 가능할 것으로 기대되어 차세대 양자 기술, 디스플레이, 에너지 소자의 핵심 소재로서 그 역할이 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리 사업 및 중견연구, 소재혁신 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 화학 분야 최상위 학술지인 Accounts of Chemical Research(IF=24.466, JCR 상위 3.63%)에 6월 23일(목) 게재되었다.

논문명: Semiconductor Nanocrystals: Unveiling the Chemistry behind Different Facets