이화여대 박소정 교수팀, 자기장으로 나노입자 방향·배열 조절하는 나노소재 개발 … 더 선명한 차세대 디스플레이 개발 청신호

이화여자대학교는 화학·나노과학과 박소정 교수 연구팀이 자기장을 이용해 나노입자의 배열과 광학 특성을 실시간으로 조절할 수 있는 '자성 플라즈모닉 나노입자(Magnetically controllable plasmonic nanoparticles)'를 개발했다고 13일 밝혔다.

금속 나노입자는 입자의 크기, 모양, 배열 구조에 따라 고유한 빛 반응을 나타내 차세대 광학 소재의 핵심으로 주목받아 왔다. 그러나 입자의 방향이나 배열을 바꾸려면 고정된 패턴 제작이 필요해 실시간으로 자유롭게 조절하기 어려웠다.

박 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 자성 플라즈모닉 나노입자라는 새로운 소재를 개발했다. 물리적 성질이 방향에 따라 다른 비등방성 금 나노입자를 중심에 두고 그 주위를 자석 성질을 가진 산화철(FexOy)로 감싼 하이브리드 구조다.

연구팀은 이 나노입자에 자기장을 가해 직선 또는 나선형으로 배열과 방향성을 제어하는 데 성공했다. 또한 빛의 투과 색상 변화를 결정짓는 복굴절, 편광에 따른 선택적 공명, 나선형 배열을 통한 강력한 거대 키랄 광학 신호를 구현했다. 이번 연구에서 달성한 광학 비대칭도(g-factor) 0.21은 현재까지 보고된 유사 연구 중 세계 최고 수준으로, 빛의 3차원적 제어 가능성을 보여준다.

이 기술은 더 선명하고 다채로운 화면을 구현하는 차세대 디스플레이, 빛의 변화를 정밀하게 감지하는 고성능 센서, 빛을 이용한 대용량 정보저장장치 개발 분야에 혁신을 가져오는 데 기여할 것으로 기대된다.

박 교수는 "이번 연구는 나노입자의 광학 특성을 높은 자유도로 제어할 수 있는 플랫폼을 제시했다는 데 의의가 있다"며 "다양한 크기와 형상의 나노입자로 확장할 수 있어 차세대 플라즈모닉 소자 개발의 기반이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 논문은 재료과학 분야의 세계적 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 1일 게재됐다. 화학·나노과학과 강효정 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 이화여대 현가담 교수팀, 아주대 심태섭 교수 연구팀도 함께했다.