에너지과학과 김정용 교수,
반도체 내 빛 입자의 움직임을 임의로 제어
- 엑시톤 기반 전자소자 기술로 활용 가능

[그림] 주름 형성을 외부에서 제어할 수 있는 원자 단층 WS2의 엑시톤들이 밴드갭이 

상대적으로 작은 영역으로 움직이며 빛을 발하는 현상을 보여주는 개념도 (저널 표지 그림)

에너지과학과 김정용 교수 연구팀(제1저자 이주복 연구원)이 반도체 내 엑시톤의 움직임을 임의로 조종하는 연구결과를 발표했다.

전자(-)와 정공(+)이 쌍을 이룬 ‘엑시톤’은 수 나노초 안에 광자로 변하며 빛을 방출하는 반도체 내의 ‘빛 입자’라 할 수 있으며 반도체 LED 발광원리의 근원 입자이다. 엑시톤은 전기적으로 중성이기 때문에 기존 전자소자가 갖는 과열 문제로부터 자유로워 초고속, 저전력 반도체 소자로 연구되고 있으나 전자와 달리 엑시톤의 움직임을 전기장으로 쉽게 제어할 수 없다는 점이 엑시톤 전자소자의 단점이다. 

연구팀은 표면층의 경도만 선택적으로 높인 복층 유연기판을 제작하여, 두께 0.7 나노미터의 단층 이황화텅스텐(WS2) 상에 표면 주름을 가역적으로 형성하거나 지울 수 있는 기술을 개발하고, WS2 엑시톤들이 밴드갭이 상대적으로 작은 영역으로 모이거나 주름 형성의 방향을 바꾸어 엑시톤들의 표류 방향을 자유자재로 조정하는 기능을 나노분광 이미징기술로 시각화하는 데 성공했다.

김정용 교수는 “반도체 내 빛 입자의 공간적 움직임을 외부에서 자유자재로 조절할 수 있는 기술을 세계 최초로 시연한 것이 큰 의미”라고 밝혔다.

본 연구결과는 연구재단의 중견연구지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 나노과학 분야 대표저널인 Nano Letters의 2021년 1월호 표지논문으로 선정되었다.
    ※ 논문명 : Switchable, Tunable, and Directable Exciton Funneling in Periodically Wrinkled WS2