인하대 이문상 교수팀, 플라즈모닉 핫홀 거동 ‘세계 최초’ 규명

이문상 인하대 신소재공학과 교수(왼쪽), 송경재 KAIST 화학과 박사과정, 박정영 KAIST 화학과 교수. 인하대 제공

이문상 인하대 신소재공학과 교수팀이 박정영 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수팀과 세계 최초로 금속나노구조체의 크기에 따른 핫홀(hot hole)의 거동을 실험적으로 확인했다.

26일 인하대에 따르면, 연구진은 국소표면플라즈몬 공명현상으로 발생하는 핫홀을 이용해 물분해반응을 일으키고, 이 반응에 따라 생성되는 수소와 산소의 양을 측정해 금속의 크기에 따라 변하는 핫홀의 거동변화를 밝혔다.

플라즈모닉 핫홀이 발생되는 빛의 공명파장이 금속나노 구조체의 크기에 따라 변화하는 것을 광전기화학적 반응분석으로 확인했다는 게 대학 측 설명이다. 금속나노구조체의 크기와 공명파장 변화로부터 핫홀의 발생 양상을 계산 시뮬레이션을 통해 유추해 실제 실험으로 규명했다.

이 연구는 수명이 수 펨토초로 매우 짧아 검출이 불가능에 가까운 핫홀의 특성 때문에 기초연구에 대한 실험적 증명이 미비한 상황에서 핫홀의 응용가능성을 넓혔다는 평가를 받고 있다. 차세대 반도체 소자개발, 에너지소자, 광센서 등 다양한 응용연구를 가속화하고 차세대 반도체소자, 고효율 인공광합성장치 및 기능성센서 상용화를 앞당길 것으로 전망된다.

연구결과는 재료공학·전기화학 분야의 세계적인 학술지인 ACS Energy Letters 온라인판에 지난 18일 게재됐다. 제1저자는 KAIST 화학과 송경재 박사과정생이며, 이문상 인하대 교수와 박정영 KAIST 교수가 공동 교신저자이다.

이문상 인하대 교수는 “이번 연구성과는 이론적으로 논의가 되기만 했던 핫홀의 거동에 대한 연구를 실험적으로 확인해 핫홀의 발생거동과 에너지 전달 메커니즘을 규명했을 뿐 아니라 응용가능성을 밝혔다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다.

인천=강준완 기자 jeffkang@hankyung.com