한국산업기술대 김창규 교수, 나노입자 움직임 조절 방법에 관한 연구논문 게재

나노 안테나에 의해 만들어진 이중 양자우물 에너지 분포와 그 안에 갇힌 나노 입자의 움직임

한국산업기술대학교(총장 박건수·이하 산기대) 김창규 교수가 나노입자 움직임 조절방법에 대한 연구 결과를‘플라즈모닉 이중 양자우물에 갇힌 단일 나노입자의 움직임(Hopping of single nanoparticles trapped in a plasmonic double-well potential)’제목의 논문으로 지난달 14일 나노포토닉스(Nanophotonics) 온라인에 공개했다.

연구팀은 크기가 머리카락 굵기 2만 분의 1 정도에 불과한 직경 4nm의 나노 입자가 두 개의 연결된 양자 우물 사이를 이동하는 주기는 우물의 간격과 에너지 장벽 높이에 따라 달라진다는 점을 실험적으로 입증하고 나노 입자의 속도를 조절할 수 있는 도구를 개발했다.

금 박막에 나비넥타이 모양의 구멍을 뚫어 만든 나노 안테나에 레이저를 쪼여 빛을 높은 세기로 집중시키면 플라즈모닉 효과에 의해 폭이 좁은 가운데 영역에서 두 개의 양자 우물이 겹쳐진 형태의 3차원 에너지 분포를 형성한다.

구멍의 크기를 바꾸며 두 양자 우물의 간격을 0.5nm부터 5nm까지 조절하고 레이저의 세기를 이용해 두 양자 우물 사이에 존재하는 에너지 장벽의 높이를 조절함으로써 여러 가지 모양의 나노 양자 우물을 구현했다. 이를 이용해 나노입자의 왕복운동이 가장 빠르게 일어나는 조건이 이론적으로 예측한 결과와 일치하는 것을 보였다.

산기대 나노반도체공학과 김창규 교수는 논문에 대해 “이번 연구 결과는 바이오 분자의 움직임, 반도체의 전하이동, 초전도 현상, 고체에서의 열확산, 화학 반응 속도를 이해하는데 중요한 도구로 할용이 가능하다”고 말했다.

한편 이번 논문은 한국연구재단과 KU-KIST 프로그램의 지원으로 수행됐다. KAIST 이용희 교수, 고려대학교 김명기 교수 연구팀과 협업했으며 KAIST 윤승주 박사가 제 1저자, 산기대 김창규 교수 및 KAIST 이용희 교수가 공동 교신저자로 등재됐다.