차세대에너지·반도체소자 개발 연구 가속화

한국교원대 이시우 교수팀 '핫 전자' 세계 최초 검출
미국 화학회 학술지 'Nano Letters'에 게재

이시우· 박정영 교수

［충북일보］ 한국교원대 화학교육과 이시우 교수팀이 KAIST 화학과 박정영 교수팀과 함께 실험을 통해 고체-액체 계면에서 핫 전자 거동을 세계 최초로 관찰하는데 성공했다.

핫 전자(hot electron)는 높은 에너지를 갖고 있는 전자로 보통 펨토초(1000조 분의 1초) 동안 1~3eV의 에너지를 방출하며, 수명이 굉장히 짧아 직접적으로 검출하는 데에 어려움이 있었다.

이시우 교수팀은 금속-반도체 쇼트키(Schottky) 나노소자를 이용해 핫 전자를 실시간으로 검출했다.

특히 기존에 불가능했던 액상반응에서 핫 전자의 이동(hot electron transfer)을 직접 검출해 기상반응에서의 결과와 비교하는데 성공했다. 고체-기체 계면에 비해 고체-액체 계면에서 핫 전자의 이동이 100배 가량 증가한다는 사실을 처음으로 규명한 것이다.

한국교원대 이시우 교수는 "이번 연구 성과는 액상반응에서 핫 전자의 여기(excite)가 증폭된다는 점을 실험적으로 직접 밝혀내 표면화학 반응에서의 에너지 변환 메커니즘을 규명했다는데 큰 의의가 있다"고 말했다.

KAIST 박정영 교수는 "기존에는 불가능에 가까웠던 고체-액체 계면에서 핫 전자 거동관찰은 표면과학 분야의 큰 진전으로 추후 촉매전자학 개척을 위한 발판이 될 것"이라며 "이번 성과는 차세대 에너지 소자, 반도체 소자개발, 핫 전자 기반 광전기화학 촉매 등의 응용연구를 가속화하는데 기여할 것"이라고 설명했다.

이 연구결과는 미국 화학회(American Chemical Society)에서 출판하는 나노과학 분야 최고 수준의 학술지 'Nano Letters'에 17일자로 게재됐다. 1저자는 한국교원대 이시우 교수, KAIST 박정영 교수가 교신저자이다. / 이종억기자 [e-mail]