[신기술 소개] 수도대학도쿄, 대면적 배열제어 단층 탄소나노튜브 박막의 독특한 광흡수 특성을 발견 - 신형 반도체 레이저 및 플렉서블 열전변환 소자로의 응용 기대 -

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수도대학도쿄, 대면적 배열제어 단층 탄소나노튜브 박막의 독특한 광흡수 특성을 발견 - 신형 반도체 레이저 및 플렉서블 열전변환 소자로의 응용 기대 -

일본 과학기술진흥기구(JST) 전략적창조연구추진사업의 일환으로 수도대학도쿄(首都大学東京)의 야나기 카즈히로(柳 和宏) 교수는 한 방향으로 배향한 단층 탄소나노튜브(이하 나노튜브)의 대면적 박막에 고밀도 로 캐리어(전자⋅홀)를 주입 제어한 바, 지금까지 발견되지 않은 나노튜브 축에 수직 방향의 거대한 광흡수 현상을 발견하는데 성공했다.

나노튜브는 원통형의 일차원 물질로 그 구조의 1차원을 반영한 다양하고 재미있는 물성이 이론적으로 예상되고 있다. 이전에는 나노튜브를 한 방향으로 정렬하거나 전자 밀도를 정밀하게 제어하기 어려웠으며, 1차원적인 성질을 대면적의 박막에서 발견하기란 불가능했다.

연구진은 한 방향으로 배향된 나노튜브 박막을 제작하고, 고밀도의 캐리어 주입 제어에 성공했다. 그 결 과 탄소나노튜브 축에 수직방향의 편광에 응답하는 거대한 광흡수가 있다는 것을 세계 최초로 확인했다.

이 광흡수는 1 나노미터(nm) 정도의 나노튜브의 크기에 극한 수준에 갇힌 많은 캐리어들이 동시에 빛과 응답(플라즈몬 흡수)하고 있으며, 나노튜브를 이용한 양자 폭포 레이저 실현에 기여할 것으로 기대된다. 또 한, 본 박막 제작 및 캐리어 주입 제어 기술의 발전은 고성능 플렉서블 열전변환 소자의 실현으로 이어질 것으로 기대된다.

본 성과는 라이스대학의 고노 쥰이치로(河野 淳一郎) 교수와 공동 연구에 의한 것이다.

본 연구 성과는 2018년 3월 16일 과학지 Nature Communications 온라인판에 공개되었다(※발표논문 참조).

※발표논문 : Kazuhiro Yanagi, Ryotaro Okada, Yota Ichinose, Yohei Yomogida, Fumiya Katsutani, Weilu Gao & Junichiro Kono, “Intersubband Plasmons in the Quantum Limit in Gated and Aligned Carbon Nanotubes”, Nature Communications, 16 March 2018

DOI: 10.1038/s41467-018-03381-y

Figure. 대면적 탄소나노튜브의 배열 박막 사진.

출처: 2018.03.16. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20180316/index.html)

작성: 허 훈 (한국생산기술연구원)