[대학저널 이원지 기자]경희대학교(총장 조인원) 응용화학과 이민형 교수와 Michigan Technoloqical University 물리과의 서재용 교수 공동연구팀은 기존에 보고된 바 거의 없는 속이 비어있는 나노돔 구조가 패턴형태로 정렬된 금 필름을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 또 이 구조가 특이한 광학적 특성을 갖는다는 것을 발견해 미국 화학회 (American Chemical Society)가 발행하는 재료과학분야의 탑저널인 ACS Applied Materials & Interfaces 8월호 (8월 17일 출간)에 표지논문으로 선정됐다.
금과 은같은 귀금속 위의 전자는 일정한 진동수로 진동을 하는데 이를 표면 플라즈몬이라고 한다. 이러한 일정 진동수에 의해서 특정한 에너지를 갖게 되는데, 이 에너지와 일치하는 파장의 빛만 선택적으로 상호작용 (플라즈몬 공명이라 칭함) 할 수 있는 특성이 있다. 이러한 플라즈몬 공명은 귀금속이 특정한 색만 투과하거나 반사하는 특성을 갖게 할 수 있어 광학 필터, 디스플레이, 리소그래피 등에 다양하게 응용할 수 있다.
이 교수팀이 개발한 금박 위의 나노돔 패턴은 이러한 플라즈몬 공명을 제어 할 수 있는 구조가 되어, 특정한 빛에 대한 선택성을 효과적으로 제어할 수 있다. 기존에는 이러한 플라즈몬 나노구조를 제작하기 위해 고가의 장비를 사용해야 하고, 또한 대면적 구현이 힘들어 플라즈몬 응용연구에 한계가 있었다.
이 교수팀이 개발한 기법은 산업적으로 현재 널리 이용되고 있는 알루미늄 산화기법을 이용해 나노돔 주형을 제작하고, 이 위에 금을 입히는 방법으로 나노돔 플라즈몬 구조를 대면적으로 생산, 이러한 응용성의 한계를 극복했다.
서 교수팀은 이 속빈 나노돔 구조가 갖는 특이한 구조적 특성 때문에 금-유리, 금-공기 두 개의 계면에 존재하는 표면 플라즈몬 공명이 서로 교차하여 에너지 공백 (energy gap)을 형성하는 것을 발견했다.
이민형 교수는 "이번 연구결과는 알루미늄 산화를 이용한 나노패턴 제작 기술을 반도체 산업에서 이용하는 포토리소그래피 수준으로 향상시켜 대면적으로 고퀄리티의 나노패턴으로 제작 할 수 있음을 보여줬다"며 "알루미늄 산화를 제어하면 흥미로운 나노패턴 구조를 다양하게 제작 할 수 있어, 이를 플라즈몬 공명제어에 이용한다면 태양전지, 분자 및 바이오 센서, 광학 필터 등 다양한 분야에 활용될 수 있다"고 밝혔다.
이번 연구를 통해 개발된 플라즈몬 결정 제작은 산업체에서 현재 널리 사용되고 있는 알루미늄 산화기법을 이용하고 있어 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.
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