금 나노클러스터로 전기전도성 정밀 제어

작성일 09-01

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">포스텍</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="KOMxl8IiRv">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d115c9bb5f0ed9a51317454d99dbc8bdb90732d714e6c5a3c1f451065168cb49" dmcf-pid="9IRMS6CnnS" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="박선아 포스텍 화학과 교수. 포스텍 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/01/dongascience/20250901145942405aicl.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="bOt1dHMUJT" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/01/dongascience/20250901145942405aicl.jpg" width="658"></p>
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            박선아 포스텍 화학과 교수. 포스텍 제공.
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          <p contents-hash="18c09c1adb883c2d3d29566a2c56f2fc48a434a14edf018f85f97f42bd1b0316" dmcf-pid="2CeRvPhLMl" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 금 나노클러스터 구조체 기반 전자소자의 전기전도도를 다양하게 조절하는 기술을 개발했다. 전자소자를 소형화하고 에너지 효율이 높은 전자기기 등에 활용 가능한 기술이다. </p>
          <p contents-hash="7ea158c4b601b1a136ac2fe203a8129f910e20e564e809fe810464f2c41614eb" dmcf-pid="VhdeTQlodh" dmcf-ptype="general">포스텍은 박선아 화학과 교수 연구팀이 하누 하키넨 핀란드 위베스킬라대 교수 연구팀과 함께 금 나노클러스터 기반 구조체에서 금속 이온의 종류에 따라 전기전도도 및 밴드갭을 다양하게 조절하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 '미국화학회저널(JACS)'에 게재됐다. </p>
          <p contents-hash="4c3218b9691cce3755accb3a8a79706d146a5f9d5f907bad112591c43283633f" dmcf-pid="flJdyxSgRC" dmcf-ptype="general">나노클러스터는 수십 개의 원자가 모인 초소형 구조체다. 크기와 구조에 따라 전기적·광학적 특성이 달라진다. 금(Au) 기반 나노클러스터는 화학적·구조적으로 안정적이어서 전자소자에 적용했을 때 성능을 오래 유지할 수 있다. 자가조립을 통해 하나의 거대한 인공 결정과 같은 초격자(superlattice)를 형성할 수 있어 차세대 전자소재로 주목받고 있다.</p>
          <p contents-hash="1de204310dd67b3fe80d763acf43c36d6997dd5aac3a65eced5739cc61bba156" dmcf-pid="4SiJWMvanI" dmcf-ptype="general">나노클러스터 기반 초격자는 클러스터 간 간격과 배열 등을 원자 수준에서 정밀하게 제어하기가 어렵다. 연구팀은 나노클러스터의 표면에 있는 카르복실산(carboxylic acid)과 여러 금속 이온(Mg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺) 사이의 상호작용을 활용해 문제를 해결했다. 금속 이온 종류에 따라 클러스터 간 거리를 조절하는 네 종류의 나노클러스터 기반 구조체(Au25-Mg, Au25-Co, Au25-Ni, Au25-Cu)를 합성하는 데 성공했다. </p>
          <p contents-hash="12d6371ae4ae44a0f9fc55f9b354f38d4c32653d212b4cfae11abbac5e7248e3" dmcf-pid="8vniYRTNRO" dmcf-ptype="general">연구팀은 ‘단결정 X-선 회절’ 실험을 통해 금속 이온의 종류에 따라 나노클러스터 사이의 거리가 달라진다는 사실을 원자 수준에서 확인했다. 특히 구리 이온(Cu²⁺)을 넣은 구조체(Au25-Cu)의 클러스터 간 거리가 가장 짧았다. 구리 이온 안의 전자가 전류가 흐르는 데 중요한 역할을 했기 때문이다. 그 결과 마그네슘 이온(Au25-Mg) 구조체에 비해 전기가 약 31배 더 잘 흘렀다. </p>
          <p contents-hash="30759bff27040e446c43a64d0d21ac9cf312e35e5964bed47b1c44754404bfa1" dmcf-pid="6TLnGeyjRs" dmcf-ptype="general">연구팀은 금속 이온을 바꾸는 방식으로 전기전도도뿐 아니라 빛의 색(에너지)에 따라 흡수 여부를 결정하는 밴드갭과 활성화 에너지까지 정밀하게 조절하는 데 성공했다.</p>
          <p contents-hash="e2670bc602e2d6598df8863217d0aec1bcf74b1901a75b4d06217f7a0fc5dc23" dmcf-pid="PyoLHdWAdm" dmcf-ptype="general">컴퓨터로 물질의 전자 구조를 계산하는 '밀도 범함수 이론(DFT)'의 결과도 박 교수 연구팀의 결과를 뒷받침한다. 구리 이온을 넣은 구조에서 구리 이온의 전자들이 전자가 흘러가는 길을 잘 만들어 전기가 가장 잘 통하도록 도와준다는 사실이 확인됐다.</p>
          <p contents-hash="4ec53af7648a30e3f3eb0c399c1268a84d5db4819c346dfeecd39d5df712c6ee" dmcf-pid="QWgoXJYcMr" dmcf-ptype="general">이번 연구는 나노클러스터 간 거리뿐 아니라 금속 이온을 바꿔 전자 구조까지 조절할 수 있음을 입증했다. 차세대 나노 전자소자와 전기 센서 개발 등 미래 전자소자 설계에 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다. </p>
          <p contents-hash="9b5d1a4ecd8e754b2ae15c788e004753faa3ee721cc61b8416d6df5f69c9c61a" dmcf-pid="xYagZiGkJw" dmcf-ptype="general">박 교수는 “이번 연구는 나노클러스터 간 상호작용과 전자 구조 조절이 전자 전달 특성에 미치는 영향을 원자 수준에서 밝혀낸 드문 사례”라며 “나노클러스터의 전기적 특성을 이해하는 데 기여할 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="e97de520a5ab9e8ded056945699c2b5bffd3c345ec4426e32bb91e1826657dd7" dmcf-pid="yR3FiZe7eD" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt; <br> - doi.org/10.1021/jacs.5c06695</p>
          <p contents-hash="0458bb0893726e9970b1a515b50105c94a1dbd0576cdae7afd1ac2a914213f3c" dmcf-pid="Wdp0L1JqME" dmcf-ptype="general">[정지영 기자 jjy2011@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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