이 교수 연구팀은 나노막대입자의 상호작용력을 미세하게 조절, 나노막대들이 스스로 공기-용액 계면에서 일렬종대로 조립되게 설계했다. 이 기술은 전기장이나 패터닝된 기판 등 외부의 도움이 필요하지 않아 다양한 분야에 폭넓게 응용·적용될 수 있을 것으로 기대된다.
단일 나노막대의 편광 특성을 소자 면적의 필름에서 구현하기 위해서는 모든 나노막대가 한 방향으로 정렬된 뗏목 형태의 스멕틱(smectic) 자기조립 구조가 필요하다. 그러나 수십 나노미터 길이, 수 나노미터 두께의 나노막대를 대면적에서 정렬하기 위해서는 전기장을 유도하는 전극 기판 혹은 한정된 공간에서 입자를 조립할 수 있는 패터닝된 기판을 필요로 해 실제 소자에 적용하기에는 한계가 있다.
아울러 이렇게 조립된 나노막대 필름은 두께가 불균일하고 두꺼워 균일한 초박막층을 사용해야하는 필름 소자에는 적합하지 않았다.
연구팀은 ▲공기-용액 계면과 나노막대 간 인력 ▲나노막대와 나노막대 간 인력을 순차적으로 유도, 단일층 두께의 나노막대 스멕틱 필름을 제작해 문제를 해결했다. 이 고배향 필름 제작 기술은 기판으로 사용된 공기-용액 계면을 용액 증발과 함께 제거할 수 있고 조립면적에 제한이 없어 소자 종류에 상관없이 적용할 수 있다.
연구팀이 개발한 반도체 나노막대의 스멕틱 필름은 편광 발광증으로 디스플레이 분야에 활발히 적용돼 ▲소자 두께 최소화 ▲비용 절감 ▲성능 강화 등에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
1저자인 김다흰 연구원은 “입자의 상호작용력 조절을 통해 단일층 두께에서 나노막대 스스로가 방향성을 통제하며 고배열로 정렬할 수 있다는 것을 보였다”며 “이는 외부 힘 없이도 더욱 정교한 자기조립구조가 가능하다는 것을 보여주는 결과”라고 말했다. 이어 “고배열, 고배향을 갖는 다양한 나노입자의 초박막 필름 제작 및 필름 소자에 활발히 사용될 것”이라고 밝혔다.
오혜수 기자 gptngpals@g-enews.com