뉴스 | [이뉴스투데이외5건] 한양대 정문석-포스텍 박경덕 교수 공동 연구팀, 다크 엑시톤 발광 구현 성공…광전자 공학 혁명
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2024.12.17 / 57Links
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한양대·포스텍, 상온에서 다크 엑시톤 발광 기술 개발
한양대 정문석 교수 연구팀, 빛의 신비 풀다. 세계 최초로 비발광성 다크 엑시톤의 상온 대면적 광자 방출 성공
2차원 반도체를 이용한 상온 대면적 다크 엑시톤 발광 구현
[이뉴스투데이 수도권1취재본부 권오경 기자] 한양대학교 물리학과 정문석 교수 연구팀과 포항공과대학교 박경덕 교수 연구팀이 "세계 최초로 자기장과 같은 외부 자극 없이 상온에서 다크 엑시톤(dark exciton)을 대면적으로 발광시키는 혁신적인 기술을 개발했다"고 발표했다.
(좌측부터) 한양대 물리학과 정현 박사, 정문석 교수, 포항공대 물리학과 박경덕 교수. [사진=한양대]
이 기술은 양자 정보 과학과 광전자 공학 분야에서 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.
엑시톤은 전자와 홀 사이의 결합으로 형성된 준입자로, 빛을 방출하는 특성을 지니고 있다.
일반적으로 광전자 소자에서 활용되는 브라이트 엑시톤(bright exciton)과 달리, 다크 엑시톤은 강한 결합 에너지와 긴 수명을 가지고 있어 양자 정보 저장 및 스핀트로닉스 분야에서 높은 잠재력을 지니고 있다.
그러나 다크 엑시톤은 일반적으로 빛을 방출하지 않아 광전자 소자에서 활용이 어려웠다.
그동안 비발광성 다크 엑시톤의 발광 구현이 어려웠던 이유는 낮은 광효율, 짧은 수명, 그리고 상온에서의 불안정성 때문이다.
특히 기존 기술은 저온이나 강한 자기장 환경에서만 다크 엑시톤 발광이 가능해 실용화에 큰 한계가 있었다.
정문석 교수 연구팀은 2차원 반도체를 이용해 상온에서 다크 엑시톤을 대면적으로 발광시키는 방법을 제시했다.
연구팀은 2차원 반도체의 국소적 스트레인과 금속 표면 플라스몬을 활용해 높은 효율의 다크 엑시톤 발광을 구현했으며, 이를 통해 기존의 상온 발광 문제를 획기적으로 해결하였다. 다양한 실험 결과는 이 기술적 돌파구의 타당성을 입증했다.
이번 연구는 다크 엑시톤의 실용적 활용 가능성을 열어준 중요한 이정표로 평가된다.
이 기술은 광발광 소자, 스핀트로닉스, 태양광 발전 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있으며, 연구팀이 제안한 방법은 간단하고 경제적이며 신속하게 진행될 수 있어 상용화 가능성을 높인다.
상온에서의 대면적 관측은 양자 정보 처리와 저장 기술의 발전에 기여하고, 차세대 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킬 것으로 예상된다.
정문석 교수는 "이번 연구는 다크 엑시톤의 실용화를 위한 중요한 전환점이 될 것"이라며 "앞으로도 지속적인 연구를 통해 이 기술이 다양한 산업에 기여할 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.
이번 연구 결과는 11월 28일자 독일의 저명 학술지 'Advanced Science'에 온라인 게재됐으며, 한양대학교 물리학과 정현 연구교수가 제1저자로, 포항공과대학교 박경덕 교수와 한양대학교 물리학과 정문석 교수가 교신저자로 참여했다.
이번 연구는 한양대학교 혁신연구센터와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
엑시톤은 전자와 홀 사이의 결합으로 형성된 준입자로, 빛을 방출하는 특성을 지니고 있다.
일반적으로 광전자 소자에서 활용되는 브라이트 엑시톤(bright exciton)과 달리, 다크 엑시톤은 강한 결합 에너지와 긴 수명을 가지고 있어 양자 정보 저장 및 스핀트로닉스 분야에서 높은 잠재력을 지니고 있다.
그러나 다크 엑시톤은 일반적으로 빛을 방출하지 않아 광전자 소자에서 활용이 어려웠다.
그동안 비발광성 다크 엑시톤의 발광 구현이 어려웠던 이유는 낮은 광효율, 짧은 수명, 그리고 상온에서의 불안정성 때문이다.
특히 기존 기술은 저온이나 강한 자기장 환경에서만 다크 엑시톤 발광이 가능해 실용화에 큰 한계가 있었다.
정문석 교수 연구팀은 2차원 반도체를 이용해 상온에서 다크 엑시톤을 대면적으로 발광시키는 방법을 제시했다.
연구팀은 2차원 반도체의 국소적 스트레인과 금속 표면 플라스몬을 활용해 높은 효율의 다크 엑시톤 발광을 구현했으며, 이를 통해 기존의 상온 발광 문제를 획기적으로 해결하였다. 다양한 실험 결과는 이 기술적 돌파구의 타당성을 입증했다.
이번 연구는 다크 엑시톤의 실용적 활용 가능성을 열어준 중요한 이정표로 평가된다.
이 기술은 광발광 소자, 스핀트로닉스, 태양광 발전 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있으며, 연구팀이 제안한 방법은 간단하고 경제적이며 신속하게 진행될 수 있어 상용화 가능성을 높인다.
상온에서의 대면적 관측은 양자 정보 처리와 저장 기술의 발전에 기여하고, 차세대 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킬 것으로 예상된다.
정문석 교수는 "이번 연구는 다크 엑시톤의 실용화를 위한 중요한 전환점이 될 것"이라며 "앞으로도 지속적인 연구를 통해 이 기술이 다양한 산업에 기여할 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.
이번 연구 결과는 11월 28일자 독일의 저명 학술지 'Advanced Science'에 온라인 게재됐으며, 한양대학교 물리학과 정현 연구교수가 제1저자로, 포항공과대학교 박경덕 교수와 한양대학교 물리학과 정문석 교수가 교신저자로 참여했다.
이번 연구는 한양대학교 혁신연구센터와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
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