(왼쪽 그림) 금나노안테나 구조의 수치해석 결과(왼쪽 절반: 온도 분포, 오른쪽 절반: 전계 강도 분포)
(오른쪽 그림) 레이저 조사를 이용한 수열 합성 후 금 나노 안테나 구조의 전자 현미경 이미지

홋카이학원대학교 공과대학 후지와라 히데키 교수, 홋카이도대학교 전자과학연구소 사사키 케이지 교수, 판 크리스토프 조교수가 이끄는 연구 그룹은 원스텝 광 조사를 사용하여 나노 크기의 금속 구조에 반도체 나노 구조를 선택적으로 합성하는 새로운 기술을 개발했습니다(그림 참조) 위에)

나노 크기의 금속 구조물은 빛을 가두는 효과(광학 나노안테나 효과*1)를 가지며, 금속 나노 구조물 주위에 강한 전기장이 유도됩니다 이 안테나 효과는 방출, 흡수 및 산란과 같은 다양한 광물질 상호 작용을 향상시키는 유용한 도구로 사용됩니다 특히 반도체 분야에서는 금속과 반도체를 혼성화하여 발광, 광전변환, 광촉매 반응 등의 효율을 높이려는 연구가 보고되고 있다 그러나 이러한 효과가 발생하려면 나노크기의 물질이 금속 나노구조 내의 적절한 위치에 배치되어야 합니다

본 연구에서는 광학 나노안테나 효과를 활용하여 빛을 나노 크기의 영역에 집중시키는 동시에 금속 나노 구조에서 빛 흡수로 인해 발생하는 열을 나노 크기의 열원으로 활용하는 새로운 반도체 합성 방법(플라즈몬 보조 수열 합성*2)을 개발했습니다 이 방법에서는 금속 나노구조물을 적절하게 설계함으로써 빛의 회절한계를 벗어나는 영역 내에서 금속 나노구조물 위에 국지적이고 선택적으로 반도체 나노구조물을 합성할 수 있다 금속나노구조체 내에 발광과 광전변환, 광촉매 반응을 일으키는 반도체를 적절하게 배열하는 이 방법은 나노크기의 발광소자, 전자소자, 양자효과를 이용한 광처리소자, 초고감도 빛을 검출하는 소자 등에 응용이 기대된다

이 연구는 새로운 학술 분야 '광압 나노물질 조작' 및 '단일 구조의 결정 과학''에 대한 과학 연구 보조금의 지원을 받았습니다

또한, 이번 연구 결과는 2019년 12월 23일 월요일에 발행된 미국화학회지 Nano Letters에 온라인으로 게재되었습니다