전자공학과 이지훈 교수 연구팀,

희토류 금속 3-D 플라즈모닉Au/Ag/Pd 나노 합금 구조물 형질 보전 성장법’ 개발

- JCR Q1 랭킹 과학전문지 Metal 저널 커버 논문 선정 -

본교 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 순다 박사과정 연구원(제 1저자)과 함께 다양한 플라즈모닉Au/Ag/Pd (Gold/Silver/Palladium, 금/은/팔라듐) 나노 합금 구조물 (alloy nanostructures)의 사파이어 (Al2O3)기판상에서 열탈수 현상 성장 매개 변수의 체계적인 관리와 표면 자유에너지 최소화의 조합 효과를 이용하여, 다양한 형태의 금/은/팔라듐 나노 합금구조물을 성장할 수 있는 ‘나노 합급 구조물 형질 보전 성장법’을 개발하는데 성공했다. 이지훈 교수 연구팀은 본 연구를 통해 희토류 금속3-D 금/은/팔라듐 나노 합금 구조물의 사파이어 기판상에서 초기 성장단계 비밀을 밝혀내, 3-D 금/은/팔라듐 원자의 상호 및 표면 전이 과정을 규명하였으며, 나노 합급 구조물의 효율적인 성장 및 제어를 가능케 하여, 관련 산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

(좌) Metal 논문 표지 (중앙) 순다 박사과정 연구원 (우) 이지훈 교수

희토류 (rare earth elements) 금속 (i.e. 금, 은, 인듐, 플래티늄, 팔라듐 등) 3-D나노 합금 구조물은 우수한 광전자적 특성을 가지는 나노 물질로서, 플라즈모닉 (Plasmonic) 효과를 이용하여 다양한 광전자 소자의 효율향상, 특성 최적화 및 감도 향상 등의 우수성을 나타내고 있어, 각종 광전자 소자 및 센서 등의 분야에서 널리 사용 되고 있다. 희귀류 금속 나노 합금 구조물은, 디스플레이, LED, 쏠라쎌, 각종 센서, 에너지 추출 응용 (energy-harvesting applications), 전력전자 소자 (power electronic devices) 및 압전기 등 다양한 분야에 응용이 가능하다. 다양한 용도의 원하는 광전자 소자 응용 및 효율 향상, 특성 최적화 및 감도 향상 등을 위해서는 다양한 환경에서의 희토류 금속 나노 합금 구조물의 원자 단위 제어, 원자의 상호 및 표면 전이 과정 규명 및 나노 합금 구조물 성장에 따른 크기, 형태, 밀도 등에 대한 정밀한 제어 특성이 요구된다.

연구팀은 희토류 금속3-D플라즈모닉Au/Ag/Pd원자 증착 및 나노 구조물의 사파이어 기판상에 성장 난제를 극복하기 위하여 펄스 레이즈 증착법에 의해 진공 플라즈마 이온 코팅 챔버하에서 금/은/팔라듐 원자를 자발 형성하는 방법에 있어서, 열탈수 현상 성장 매개 변수의 체계적인 관리와 표면 자유에너지 최소화의 조합 효과를 이용하였으며, 사파이어 기판상 금/은/팔라듐 원자 합금 및 나노 합급구조물 성장 제어법을 제안하고 실험적으로 증명 하였다.

이번 연구의 연구진은Sundar Kunwar (박사과정, 광운대 ？ 제 1저자), Puran Pandey (박사과정, 광운대), Mao Sui (박사과정, 광운대), Sushil Bastola (박사과정, 광운대) and Jihoon Lee (교수, 광운대 - 교신저자)이며, 우리 대학 단독 연구로 진행 되었다.

이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 선도연구센터 (ERC) 및 일반연구자 지원사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 과학전문지 Metal지 2017년 11월 21일자 온라인 판에 저널 커버로 선정되었고, “Evolution of Ternary AuAgPd Nanoparticles by the Control of Temperature, Thickness, and Tri-Layer”의 제목으로 게재되었다. (JCR카테고리 랭킹: Q1, METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING)

* 사진 설명: 3원 Au/Ag/Pd 합급 NP의 사파이어 (0001) 상에의 진화 과정. 총 두께가 15 nm 인Au, Ag 및 Pd (Au : Ag : Pd = 1 : 1 : 1) 층의 금속층 사이의 원자 표면 확산 및 원자 상호 확산의 예. 나노 토루는 열탈수 현상 성장 매개 변수의 체계적인 관리와 표면 자유에너지 최소화의 조합 효과에 따라 성장되었다.