양자점은 격자구조를 가지는 수 나노미터 크기의 반도체 결정이다. 반도체 결정이 수 나노미터 크기로 작아지면 ‘양자 구속 효과’에 의하여 독특한 광물리적 특성이 나타나며 양자점의 크기 또는 조성에 따라 가시광선, 적외선 영역 등에서 고효율 고발광이 가능하다. 가시광선 영역에서 발광하는 친환경 양자점의 경우 기존 유기 염료에 비해 색 재현이 월등히 뛰어나기 때문에 현재 최첨단 디스플레이 소자인 QLED TV에 활용되고 있으며, 차세대 디스플레이 무기 발광 소재로서 높은 산업적 응용 가치를 보이고 있다. 하지만 이러한 우수한 응용가능성에도 불구하고 아직 양자점 나노결정의 근본적 생성 원리에 대해서는 정확히 알려진 바가 적은 실정이다.

[ 그림. 양자점 성장 중간체로 형성되는 초미세 중간체들을 보여주는 에너지 모식도 ]

우리 대학교 김동호 교수 연구팀은 포스텍 김성지 교수 연구팀과의 공동 연구(공동 제1저자 연세대 오주원 박사, 포스텍 권용주 박사)를 통해 친환경 양자점으로 현재 디스플레이 소자에 응용되는 인듐포스파이드(InP) 양자점의 형성에서 중요한 중간 단계를 밝혔다. 공동 연구팀은 양자점 형성 초기 단계에서 원자 수 십개 정도로 구성된 초미세 중간체를 분리하여 그 중간체들 간의 변환을 규명하는 데 성공했다. 특히 새로운 5종의 초미세 중간체를 분리하여, 그 중간체들 간의 진화 관계를 규명했다. 본 공동 연구 결과에 따르면, 진화 초기 단계의 초미세 중간체는 양자점의 결정구조와는 매우 상이한 구조를 가지면서 오히려 분자체에 가까운 구조특성을 보이게 되며 초기 단계에서 점차 진화된 중간체로 변환되어 갈수록 최종적으로 형성되는 양자점의 구조에 점점 더 가까운 구조를 가진 중간체들로 변환을 거듭한다는 것을 밝혔다.

양자점의 초미세 중간체 규명 연구는 그동안 미지의 영역이었던 양자점 형성 기작을 근본적으로 이해하는데 큰 역할을 할 것으로 기대되며 초고품질 기능성의 친환경 양자점 소재를 개발하는데 밑거름이 될 것으로 보인다. 뿐만 아니라 초미세 중간체의 고유한 특성을 응용하여 무기 소재의 새로운 전구체의 개척으로 볼 수 있으며, 향후 디스플레이, 광전소자 개발 등에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

해당 연구결과는 자연과학의 모든 분야에 걸쳐 우수한 연구 결과를 게재하는 대표 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature communications)’에 지난 6월 19일 게재됐다.

출처 : 연세소식 627호