POSTECH, 질화붕소 사용해 2차원 유기 분자 결정의 층상구조 형성

포스텍 화학과 류순민 교수. 포스텍 제공

포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학과 류순민 교수 · 통합과정 김도경 씨 연구팀이 2차원 유기 분자 결정의 층상구조를 만들고, 층내·층간 엑시톤의 상호작용을 확인하는 데 성공했다. 엑시톤(exciton)이란 반도체 내에서 전자와 양공이 결합해 만든 준입자로 물질의 광(光)발광 현상을 일으킨다.

이번 연구에서 연구팀은 육각형 형태의 질화붕소(Hexagonal boron nitride)를 거푸집으로 사용해 유기 분자를 2차원 결정 형태로 쌓아 올린 층상 구조를 만들었다.

단일 층에서는 온도가 낮아질수록 분자들의 진동이 줄어들면서 안정적인 환경이 만들어졌다. 그로 인해 결정 내에 있는 엑시톤은 상대적으로 더 멀리 있는 엑시톤과도 상호작용이 가능했으며, 형광 에너지의 변화를 통해 이를 확인했다.

또, 여러 층이 쌓일수록 층간 엑시톤들의 '섞임' 현상으로 분자 쌍극자의 총 방향이 계속 변화했다. 그러다가 결정의 두께가 일정 수준 이상 두꺼워지면 분자 쌍극자의 방향이 더는 변하지 않고, 한 방향으로 수렴했다. 온도와 층상 구조의 두께에 변화를 주면 엑시톤 간의 상호작용을 제어할 수 있다는 것을 확인한 것이다.

류순민 교수는 "추후 유기 반도체나 태양광 발전 등 다양한 기술에 접목할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이 연구는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐으며, 한국연구재단의 기초연구실지원사업과 중견연구자지원사업, 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행됐다.

전준혁기자 jjh@yeongnam.com

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