새물리 하이라이트

물리학과 첨단기술 OCTOBER 20 1 9

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준원자층 적층 방법으로 형성된 2형 양자점의 광 발광 특성연구

InAs/GaAs 양자점(quantum dot, QD) 은 근적외선 영역에서 높은 흡수율을 가지 고 있어, 고효율 중간대역 태양전지 제조에 아주 적합한 후보 물질이다. InAs QD는 GaAs 기판과 격자상수 불일치에 기인한 계 면응력(strain)의 영향으로 임계두께(1.7 ML) 이상에서 3D QD 구조가 자발 형성 (Stranski-Krastanov mode, S-K)된다. 그 러나 S-K 모드로 성장된 InAs QD는 약 40 ∼50 meV의 높은 활성화 에너지를 가지며 QD에서 운반자 구속이 강함으로 운반자의 포획 및 재결합에 의한 태양전지의 단락전 류(short circuit current, JSC)의 감소가 발

생한다. 따라서 태양전지의 효율향상을 위 해 낮은 활성화 에너지를 가지는 QD를 형성 할 수 있는 준원자층(submonolayer, SML) 성장법이 제시되었다. SML 성장은 임계두 께 이하로 InAs층을 성장하여 2D 구조와 유 사한(2D-like) 매우 작은 크기의 QD가 형성 할 수 있어 활성화 에너지를 감소시킬 수 있 다. 또한, InAs/GaAs QD 성장 시 GaAs층 에 Sb을 첨가함으로 GaAsSb 응력완화 층 을 이용하여 QD 크기를 조절하는 방법이 고 안되었는데, 이때 Sb의 조성비가 13% 이상 일 때 밴드 정렬이 2형(type-II)으로의 전환 이 보고되었다. 2형 정렬 구조에서는 광 여 기된 전자는 InAs QD의 전도대에 구속되 고, 정공은 GaAsSb 층의 가전자대에 분리 구속되는 특성으로 인하여 전자와 정공 간 의 재결합 효율을 감소시킬 수 있어 JSC 감 소를 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 GaAsSb 층의 Sb의 조성비가 15.8%인 2형 정렬 구조의 SML-QD의 전 이 에너지와 활성화 에너지를 연구하기 위 해 광 발광(photoluminescence)을 이용하 였다. 본 연구에서 Sb 조성이 15.8%인 GaAsSb 층을 이용한 InAs/GaAsSb/GaAs SML-QD 시료와 Sb 조성이 0%인 InAs/ GaAs 시료와 비교하여 QD 관련 신호의 적 색편이(red-shift)와 활성화 에너지의 감소 를 확인할 수 있었다(그림). 김민석, 조현준, 소모근, 김종수, 김영호, 이상준, 이승 현, Christina B. Honsberg, 김희대, New Physics: Sae Mulli 69, 794 (2019).

기계학습을 이용한 원자로 중성미자 선별 연구

최근 입자물리 연구는 새로운 현상 발견 을 위하여 높은 에너지 혹은 많은 수의 관측 사건을 만드는 방향으로 진행되고 있다. 이 에 따라 수많은 데이터 속에서 원하는 신호 를 선별하기 위하여 기계학습이 폭넓게 사 용되어가는 추세이다. 이에 대하여 최근 활 발히 연구되고 있는 표준모형에서 기본입자 중의 하나인 중성미자에 기계학습 방법을 적용해보고자 한다. 중성미자는 일반적으로 낮은 산란단면적 으로 인하여 관측할 수 있는 이벤트가 많지 않다. 하지만 원자로 중성미자 실험의 경우 비교적 통계량이 많고, 그 특징이 잘 알려져 있다. 원자로 중성미자 실험의 경우 일반적 으로 액체섬광 검출기를 사용하며, 역베타 붕괴반응( n̅e  → + )을 통하여 관 측된다. 이 경우 양전자와 중성자 신호의 에 너지 분포 및 두 신호 사이의 시간차, 거리 차이가 중요한 특징으로 나타난다. 이러한 정보들을 사용하여 배경사건들 사이에서 중 성미자 신호를 효율적으로 선별 가능한지를 기계학습을 통하여 확인하였다. 기계학습 방법은 Multilayer Perceptron (MLP)를 기본으로 하여 진행되었다. 그림 은 기계학습을 통하여 선별되거나 제거된 이벤트들의 양전자(+) 에너지 분포를 보 여주며, 각 성분의 비교를 위하여 전체 양 은 조절되었다. 이 결과를 통해 실험 목적 에 따라 사용되는 변량 종류의 중요성 및 기계학습방법의 원자로 중성미자 신호 선 별 능력을 확인하였다. 이는 차세대 중성 미자 실험에서 기계학습방법 또한 중요한 도구로 사용될 수 있는 가능성을 보여준 다. 신창동, 고정환, 문동호, 박명렬, 주경광, New Physics: Sae Mulli 69, 813 (2019).