국립 공주대학교 (총장 원성수) 송성호 교수 연구팀은 한국과학기술원 (KAIST, 총장 이형광) 전석우 교수팀과 공동연구를 통해 차세대 반도체로 각광받고 있는 2차원 전이금속 칼코겐 화합물을 금속상의 양자점으로 제조하였고, 양자점 내에서 전자가 서로 다른 광학적 특성을 보일 수 있음을 발견하였다고 21일 밝혔다.

전이금속 칼코겐은 MX2 (M=전이금속, 텅스텐, 몰리브덴등; X=칼코겐, 황, 셀레늄, 텔루늄등)의 화학 구조식과 1~2 eV대의 밴드갭 (전자가 존재할 수 없는 영역, 밴드갭의 유무에 따라 도체, 반도체 또는 부도체로 구분)을 가지는 차세대 반도체 소재이다.

연구팀은 이러한 전이금속 칼코겐 소재 4종류에 대해 평균 지름 ~10 nm (머리카락 두께의 5000분의 1) 보다 크거나 작은 양자점을 유기-금속 화합물의 층간삽입 및 박리법을 통해 금속상을 가지는 양자점으로 제조하였다. 이렇게 제조된 양자점들로부터 빛에 의한 전자들의 여기와 형광 감쇠 현상 등을 관측하였다. 이때 기존의 다른 양자점들과는 달리, 금속성 전이금속 칼코겐 양자점들에서는 전자들이 광에 의한 여기와 형광 감쇠 과정에서 양자점 크기나 양자점 내 결함의 종류에 따라 서로 다른 과정을 경쟁적으로 선택할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 전이금속 칼코겐 양자점을 광전소자, 촉매, 바이오센서, 또는 에너지 변환 시스템에 활용할 때에 종류와 크기를 선택하는데 있어 매우 중요한 결정 요인을 제공할 것으로 기대된다.

이번 연구는 나노·재료 분야의 권위 학술지이며, Nature 자매지인 ‘NPG Asia Materials’에 실렸으며, 물리(physics) 분야의 중요한 결과로 인정되어 News Break 온라인판에 소개됐다.