구조적 변형은 반도체의 밴드갭, 엑시톤 미세 구조 및 포논 에너지를 변화시켜 광학적 특성을 제어하기 위한 추가적인 조절 손잡이를 제공한다. 이러한 영향은 콜로이드 반도체 양자점(quantum dots, QDs)에서 활용될 수 있는데, 표면 성장 동역학을 제어함으로써 결함 형성을 억제하면서 3차원으로 구조적 응력을 가할 수 있기 때문이다. 그러나 광학적으로 활성인 결함으로부터 자유로운 QD에서의 구조적 변형에 대한 제어는 아직 달성되지 않았다. 본 연구에서는 동종 유사성(pseudomorphic) 이종 에피택시(coherent pseudomorphic heteroepitaxy)로 조성적으로 급격한 인터페이스를 갖는 변형 구배(strain-graded) CdSe-ZnSe 코어-쉘 QD를 구현함을 보인다. 그 결과 생성된 QD는 높은 구조적 충실도를 유지한 채 인터페이스에서 크기가 상이한 상호 탄성 변형을 견딜 수 있으며, 거의 1에 가까운 발광 효율로 광자를 가속된 속도로 방출하면서도 분광적으로 안정적이고 순수한 발광을 가능하게 한다. 우리는 비대칭 변형 효과와 양자 구속(quantum confinement) 효과를 결합하여 가시 전 영역을 포괄하는 QD의 발광 포락선을 확장하고, 이를 포토닉스 응용에 활용하는 사례를 제시한다.

헤테로구조 반도체 나노결정(h-NCs)의 형태학은 전하 운반자의 공간적 분포와 이들의 재결합 동역학 및/또는 수송을 좌우하며, 이는 h-NCs를 활용하는 광자공학 응용의 주요 성능 지표이다. 중금속 프리 원소로 구성된 헤테로가치성(heterovalent) III-V/II-VI h-NCs의 형태를 제어하지 못하는 점은 그들의 실용적 활용을 저해한다. 본 연구는 III-V/II-VI h-NCs의 사례 연구로서, InP 나노결정 상에서 ZnSe 에필레이어를 성장시키는 성장 제어를 여기에서 제시한다. InP/ZnSe h-NCs에서 관찰되는 이방성 형태는 서로 다른 InP 나노결정의 면(facet) 위에 ZnSe 에필레이어를 성장시키는 과정에서의 면 의존적 에너지 비용에 기인하며, 서로 다른 표면 면에 대한 ZnSe의 성장 속도를 제어하기 위한 효과적인 화학적 수단이 입증된다. 궁극적으로 본 논문은 InP/ZnSe h-NCs의 제어된 형태학에 기반하여 안정적이고 순수한 발광에서 환경에 민감한 발광으로 그들의 광물리적 특성을 확장하고자 하며, 이는 다양한 광자공학 응용에서의 활용을 촉진할 것이다.

양자점(QDs)으로부터의 전기발광은 자유형(자유 형상) 인자를 갖는 초현실적 이미지를 제공하는 미래형 디스플레이를 위한 적합한 광자원이다. 이에 따라 수 마이크로미터 규모에서 다색 QD 패턴을 구현할 수 있는 비파괴적이며 확장 가능한 공정이 확립되어야 한다. 본 연구에서는 다중 아자이드 단위를 포함하는 분지형 광구동 리간드 가교 결합기(LiXers)를 사용하여 중금속이 없는 QDs에 대해 비파괴적 직접 광패터닝을 보고한다. 분지형 LiXers는 광가교를 통해 QD의 고유한 지방족 표면 리간드를 가교시킴으로써, QDs의 고유한 광전자적 특성을 손상시키지 않으면서 QD 필름을 효과적으로 맞물리게 한다. 입체적으로 설계된 아자이드 6개 단위를 갖는 분지형 LiXers를 사용함으로써, 마이크로미터 스케일에서 RGB QD 패턴을 구현하였다. 광가교 공정은 QDs의 광발광 및 전기발광 특성에 영향을 주지 않으며, 소자 수명을 연장한다. 본 비파괴적 방법은 널리 사용 가능한 포토리소그래피 시설과 지방족 리간드를 갖는 고품질의 중금속이 없는 QDs를 활용하므로, 산업 공정에 손쉽게 적용될 수 있고 디스플레이 기술에 즉각적인 영향을 미칠 수 있다.

구조적 변형은 반도체의 밴드갭, 엑시톤 미세 구조 및 포논 에너지를 변화시켜 광학적 특성을 제어하기 위한 추가적인 조절 손잡이를 제공한다. 이러한 영향은 콜로이드 반도체 양자점(quantum dots, QDs)에서 활용될 수 있는데, 표면 성장 동역학을 제어함으로써 결함 형성을 억제하면서 3차원으로 구조적 응력을 가할 수 있기 때문이다. 그러나 광학적으로 활성인 결함으로부터 자유로운 QD에서의 구조적 변형에 대한 제어는 아직 달성되지 않았다. 본 연구에서는 동종 유사성(pseudomorphic) 이종 에피택시(coherent pseudomorphic heteroepitaxy)로 조성적으로 급격한 인터페이스를 갖는 변형 구배(strain-graded) CdSe-ZnSe 코어-쉘 QD를 구현함을 보인다. 그 결과 생성된 QD는 높은 구조적 충실도를 유지한 채 인터페이스에서 크기가 상이한 상호 탄성 변형을 견딜 수 있으며, 거의 1에 가까운 발광 효율로 광자를 가속된 속도로 방출하면서도 분광적으로 안정적이고 순수한 발광을 가능하게 한다. 우리는 비대칭 변형 효과와 양자 구속(quantum confinement) 효과를 결합하여 가시 전 영역을 포괄하는 QD의 발광 포락선을 확장하고, 이를 포토닉스 응용에 활용하는 사례를 제시한다.

헤테로구조 반도체 나노결정(h-NCs)의 형태학은 전하 운반자의 공간적 분포와 이들의 재결합 동역학 및/또는 수송을 좌우하며, 이는 h-NCs를 활용하는 광자공학 응용의 주요 성능 지표이다. 중금속 프리 원소로 구성된 헤테로가치성(heterovalent) III-V/II-VI h-NCs의 형태를 제어하지 못하는 점은 그들의 실용적 활용을 저해한다. 본 연구는 III-V/II-VI h-NCs의 사례 연구로서, InP 나노결정 상에서 ZnSe 에필레이어를 성장시키는 성장 제어를 여기에서 제시한다. InP/ZnSe h-NCs에서 관찰되는 이방성 형태는 서로 다른 InP 나노결정의 면(facet) 위에 ZnSe 에필레이어를 성장시키는 과정에서의 면 의존적 에너지 비용에 기인하며, 서로 다른 표면 면에 대한 ZnSe의 성장 속도를 제어하기 위한 효과적인 화학적 수단이 입증된다. 궁극적으로 본 논문은 InP/ZnSe h-NCs의 제어된 형태학에 기반하여 안정적이고 순수한 발광에서 환경에 민감한 발광으로 그들의 광물리적 특성을 확장하고자 하며, 이는 다양한 광자공학 응용에서의 활용을 촉진할 것이다.

양자점(QDs)으로부터의 전기발광은 자유형(자유 형상) 인자를 갖는 초현실적 이미지를 제공하는 미래형 디스플레이를 위한 적합한 광자원이다. 이에 따라 수 마이크로미터 규모에서 다색 QD 패턴을 구현할 수 있는 비파괴적이며 확장 가능한 공정이 확립되어야 한다. 본 연구에서는 다중 아자이드 단위를 포함하는 분지형 광구동 리간드 가교 결합기(LiXers)를 사용하여 중금속이 없는 QDs에 대해 비파괴적 직접 광패터닝을 보고한다. 분지형 LiXers는 광가교를 통해 QD의 고유한 지방족 표면 리간드를 가교시킴으로써, QDs의 고유한 광전자적 특성을 손상시키지 않으면서 QD 필름을 효과적으로 맞물리게 한다. 입체적으로 설계된 아자이드 6개 단위를 갖는 분지형 LiXers를 사용함으로써, 마이크로미터 스케일에서 RGB QD 패턴을 구현하였다. 광가교 공정은 QDs의 광발광 및 전기발광 특성에 영향을 주지 않으며, 소자 수명을 연장한다. 본 비파괴적 방법은 널리 사용 가능한 포토리소그래피 시설과 지방족 리간드를 갖는 고품질의 중금속이 없는 QDs를 활용하므로, 산업 공정에 손쉽게 적용될 수 있고 디스플레이 기술에 즉각적인 영향을 미칠 수 있다.

혼성 양자점(QD) 발광 다이오드(QLED)는 일반적으로 유기 정공 수송층에 의존하지만, 산소와 수분에 대한 취약성으로 인해 장기 안정성이 크게 제한된다. 이러한 유기층을 NiO와 같은 p형 투명 산화물 반도체로 대체하는 것은 화학적·전자적으로 견고한 대안이지만, 무결정 상태의 NiO와 QD의 1Sh 상태 사이의 큰 원자가 밴드 오프셋(∼0.6 eV)은 효율적인 정공 주입을 제한한다. 본 연구에서는 솔–겔 공정을 통해 Mg를 도핑한 NiO 박막을 설계하여, p형 전도도를 동시에 향상시키고 QD 층과의 원자가 밴드 정렬을 조율하고자 하였다. 또한 소수 주기(∼few-cycle) 원자층 증착(ALD)을 사용하여 인듐 주석 산화물(ITO)을 초박막(∼1 nm) MgO 층으로 균일하게 코팅함으로써 확산 장벽을 구현하였으며, 430 °C에서 어닐링하는 동안 인듐 이온의 이동을 억제하여 계면 무결성을 보존하고 소자 안정성을 향상시켰다. 도판트 조절 NiO와 ALD 기반 확산 차단의 결합은 현저하게 향상된 발광 휘도와 외부 양자 효율을 보이는 QLED를 제공하였다. 이러한 결과는 안정적이고 최적의 성능을 갖추며 전부 무기(올-인오르가닉)인 QLED 구조를 개발하기 위한 실행 가능한 계면 엔지니어링 전략을 제시한다.

금 나노로드를 모델 시스템으로 사용한 껍질(shells). 동결건조 후 조립된 네트워크는 다공성 구조를 그대로 유지하였으며, 약 45 nm 크기의 기공을 나타냈다. 기계학습 기반 이미지 분석을 통해 입자 간 간격을 10~30 nm 범위에서 조절할 수 있음을 확인하였다. 또한 CTAB 제거의 동역학을 조절함으로써 조립 방향성 또한 제어하였다. 이러한 구조적 변화는 플라즈모닉(plasmonic) 특성을 정밀하게 조율할 수 있게 해주었다. 특히, 이 접근법은 구형 금 나노입자, 자기 나노입자, 양자점(quantum dots) 등 다른 유형의 NCs에도 확장되어, 고유한 광학 및 자기 특성을 보존하는 다기능성 에어로겔(aerogels)의 제작을 가능하게 하였다.

양자점(Quantum dots, QDs)은 독특한 광학적 특성으로 인해 현대 나노기술의 핵심 기반을 이룬다. 본 연구에서는 주사 터널링 현미경(Scanning tunnelling microscope, STM) 구성에서 저에너지 전계발광(cathodoluminescence, CL)을 사용하여, 고 캐리어 주입 조건 하의 II–VI 코어–쉘 QD에서 여기 동역학을 조사하였다. 이 접근법은 제한된 수의 QD에 대해 공간적으로 구속된 여기를 가능하게 하면서, 고차 엑시톤 상태에 대한 접근을 제공한다. 우리는 발광을 유도하기 위해 적어도 130 eV 이상의 전자 에너지가 필요하며, 이 역치(threshold) 아래에서는 발광이 관찰되지 않음을 확인하였다. 쉘이 얇은 QD(1.2 nm)에서는 여기 에너지를 증가시키면 코어에서의 캐리어 분포 변화와 다중 엑시톤 과정(multiexciton processes)이 있음을 시사하듯이 발광 세기와 스펙트럼 특징 모두가 변화하였다. 반대로 쉘이 두꺼운 QD(4.2 nm)는 동일한 조건에서 주로 단일 엑시톤(single-exciton) 발광을 나타내는데, 이는 전자의 도달 범위 감소와 코어에서의 캐리어 생성 감소와 일관된다. 결과는 저출력 연속파 광발광(low-power continuous-wave photoluminescence, cw-PL)과 비교되었으며, 서로 다른 여기 경로와 전하 동역학이 확인되었다. 전자에 대한 노출이 연장되면 스펙트럼 이동이나 선폭 확장 없이 CL 세기가 유의하게 감소하며, 이는 QD 쉘의 충전에 의해 유발되는 점멸(blinking) 거동을 시사한다. 이러한 결과는 국소 여기 조건에서 코어–쉘 QD의 에너지 침착, 캐리어 재결합, 그리고 빔(beam) 유도 효과에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

페로브스카이트 태양전지(PSCs)에 첨가제를 전략적으로 도입하는 접근은, 최소한의 재료 투입과 손쉬운 공정을 활용하면서 전력변환효율(PCE)을 향상시키는 핵심 전략으로 부상해 왔다. 본 연구는 자연적으로 풍부하고, 비용 효율적이며, 환경친화적인 첨가제—설탕 및 그 카라멜화 유도체—의 PSC 적용에 대해 심층적으로 조사하였으며, 자연 물질을 첨가제로 사용한 보고된 PSC들 중에서 25.26%(공인 25.07%)의 기록적인 PCE를 달성하였다. 또한 제작된 소자들은 연속광 조사 1000 h 후에도 초기 효율의 80% 이상을 유지하는 등 탁월한 장기 안정성을 보였다. 정제 및 재결정화된 자당은 강한 수소 결합으로 인해 효과가 없는 반면, 카라멜화 자당은 매우 효과적인 첨가제로 확인되었는데, 카라멜화 자당의 이당류는 220 °C에서 열분해되어 H—를 생성하며, 200 °C 미만에서 처리된 경우에 주로 형성되는 카라멜란, 카라멜린, 카라멜렌에 비해 우수한 성능을 나타냈다. 광전지 성능의 향상은 첨가제에 포함된 하이드록실, 카복실, 카보닐 기능기의 비례적 차이에 기인하며, 카보닐 기능기가 PSC 성능을 증진하는 데 지배적으로 유리한 역할을 하는 반면 하이드록실기는 그와 반대로 작용함이 관찰되었다.