[충청뉴스 이성현 기자] 충남대학교는 물리학과 송종현 교수가 부산대, 성균관대와의 공동 연구를 통해 ‘고에너지 캐리어’의 확산 성능을 대폭적으로 개선할 수 있는 방법을 개발했다고 30일 밝혔다.
이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘Small Methods’에 지난 15일자로 출판됐다. 이번 연구는 충남대 송종현 교수와 충남대에서 학·석·박사 학위를 취득해 현재 부산대 물리학과 교수로 재직 중인 김지희 교수가 교신저자로 참여했다.
공동 연구팀이 주목한 ‘고에너지 캐리어(hot carrier)’의 잠재력을 활용하는 것은 태양광 및 광전자 소자의 효율을 향상시키는 유망한 접근 방식이다. 그러나 캐리어-포논 산란 및 재결합으로 인한 빠른 에너지 손실은 실질적인 응용에 큰 제약이 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 전략으로써 유전체 물질을 이용해 칼코게나이드 등 저차원 물질에서의 캐리어 수송 특성을 조절하는 효과적인 방법으로 주목받고 있다.
이에 연구팀은 이번 연구에서는 단일층 이황화몰리브덴(MoS₂)에서 유전체 물질을 이용한 전기장 차폐 효과가 고에너지 캐리어 동역학에 미치는 영향을 시간분해 흡수 현미경을 활용해 분석했다.
그 결과 고유전율(high-κ) 금속 산화물 기판이 쿨롱 퍼텐셜을 효과적으로 억제해 캐리어 산란과 재결합을 감소시키고 기존의 석영 기판에 비해 고에너지 캐리어의 확산 길이와 계수를 크게 향상시키는 것으로 나타났다.
이번 연구는 복잡한 소재 변경이나 외부 자극 없이도 고에너지 캐리어 수송 성능을 크게 향상시킬 수 있는 유전체 물질을 이용한 공학의 실용성과 확장 가능성을 입증했으며 차세대 전자 및 광전자 소자를 위한 효율적인 기술적 돌파구를 제시했다.
