KISTI의 과학향기

미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 연구진은 나노결정의 배열 방식을 조절함으로써 더 향상된 전자장치를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

 

나노결정은 크기를 쉽게 조절할 수 있고 저비용으로 만들 수 있기 때문에 첨단 전자장치의 빌딩 블록으로 유망하다. 그동안 나노결정 구조에 대한 연구는 광범위하게 진행되었지만, 전체 조립 프로세스를 관찰한 적은 없었다. 나노결정의 조립 프로세스에 대한 정량적 정보를 확인할 수 있다면 결정화 과정을 더 잘 제어할 수 있기 때문에 더 향상된 나노결정을 얻을 수 있다.

 

소자 내부의 나노결정은 나노결정의 특성과 배열 방식에 따라서 집합적인 물리적 특성이 달라진다. 정렬된 나노결정 또는 초격자는 더 많은 전하를 수송할 수 있지만, 아직까지 나노결정 초격자로 제조된 장치는 거의 없다.

 

대부분의 이전 연구는 용매 증발제를 점진적으로 제거함으로써 나노결정 초격자를 생성했다. 그러나 이러한 방법은 용액의 부피 및 형태를 제어할 수 없고 모세관 힘이 건조 중에 발생하기 때문에 조립 프로세스에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 없었다.

 

이번 연구진은 전계 구동형 성장을 이용해서 이런 문제점을 해결했다. 잘 정렬된 3차원 나노결정 초격자의 조립을 유도하기 위해서 전기장을 사용했다. 전계는 나노결정 용액의 부피, 모양, 조성을 변화시키지 않으면서 국부적인 농도를 증가시키기 때문에 정량적인 정보를 얻을 수 있었다.

 

전계는 초격자의 핵생성 및 성장을 유도하는 농도 구배를 생성했다. 놀랍게도 이러한 전계는 입자들을 크기에 따라서 분류했다. 전계는 성장 동안에 나노결정 용액을 농축하고 정제했다.

 

이런 크기 정렬 효과로 인해서 초격자 결정은 더 잘 정렬되고 나노결정의 크기를 성장 중에 조절할 수 있었다. 이것은 첨단 광전자 장치를 개발하는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이것은 적외선 감지기의 모니터 색상을 향상시키는 유망한 방식이 될 것이다.

 

이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Space- and time-resolved small angle X-ray scattering to probe assembly of silver nanocrystal superlattices” 라는 제목으로 게재되었다.