무작위로 분산된 열복사 방출 나노입자(NP)들이 고분자 필름 내에 포함된 분립(particulate) 열 메타물질은 복사 냉각기(radiative cooler)를 고열방출율로, 코팅 공정성이 뛰어나면서도 대면적·저비용으로 제조할 수 있다는 점에서 큰 주목을 받아왔다. 그러나 기존 분립 열 메타물질은 NP 응집으로 인해 높은 헤이즈(haze)가 발생하고, 최대 NP 적재량이 제한되는 등의 어려움이 있다. 또한 불투명성과 제한적인 색 구현으로 인해 심미성이 중요한 실외 응용에는 적합성이 낮다. 본 연구에서는 결정화된 NP 기반 오팔(opaline) 열 메타물질을 제시한다. 이 접근을 통해 상대적으로 높은 NP 체적분율에서도 산란이 미미한 수준으로 유지되면서, 고도로 투명하고 다채로운 색을 구현하는 대면적 복사 냉각기를 구현할 수 있었으며, 그 결과 주간 방사 냉각 효율을 유의하게 향상시켰다. 또한 고분자 탑코트(topcoat)를 도입함으로써 NP 적재량을 절반만 사용하고도 우수한 냉각 성능과 투명성을 달성하였다. 마지막으로, 오팔 열 메타물질을 중성색(neutral-colored) 실리콘 태양광 모듈(PVs)에 통합하여 작동 온도를 낮추었고, 그로 인해 개방전압(open-circuit voltage)이 증가하였으며 전체 전력변환 효율이 향상되었다. 충분한 기계적 강도와 환경 내구성을 아울러 갖춤으로써, 본 접근은 실외 PV의 복사 냉각 외부 필름으로 사용하기에 적합할 뿐 아니라 효과적인 열 관리(thermal management)를 통해 PV 효율과 내구성을 향상시키는 실용적인 방법을 제공한다.

플라즈모닉 나노입자의 전자기장 공간 분포를 특성화하는 일은 광전자공학 및 촉매 응용을 위한 강한 빛-물질 상호작용을 활용하는 데 필수적이다. 그러나 높은 공간 분해능으로 3차원에서 근접장을 관찰하는 일은 여전히 어렵다. 복잡한 형상을 갖는 나노입자의 플라즈모닉 장을 효율적으로 3차원(3D) 나노스케일로 매핑하기 위해, 본 연구에서는 자동인코더가 내장된 전자 에너지 손실 분광법(EELS) 단층촬영을 구축하였다. 광학적 비대칭 계수가 높은 나노입자인 432 대칭 키랄 금 나노입자를 분석하여, 그 기하학적 특징과 이국적인 광학적 특성의 연관성을 규명하였다. 딥러닝 기반 특징 추출 방법은 복수의 플라즈몬 신호가 서로 혼재된 나노입자의 EEL 스펙트럼에서 서로 다른 에너지의 플라즈몬을 구별해냈으며, 이는 EELS 단층촬영을 통해 각 플라즈모닉 장을 별도로 허용 가능한 3D 시각화하기 위한 핵심 요소였다. 이러한 방법론을 통해 원거리장 원편광이색성(circular dichroism)을 유도하는 플라즈몬의 전기장을 3D로 관찰하였다. 수치 계산에서 예측된 바와 같이, 키로옵티컬 특성과 연관된 장은 입자의 소용돌이치는 가장자리(swirling edges)를 따라 강하게 나타났다. 본 연구는 플라즈모닉 장을 직접 3D로 관찰함으로써 구조적 키랄리티와 광학적 키랄리티 간의 상관관계에 대한 통찰을 제공한다. 또한 EELS 단층촬영에 자동인코더를 구현하는 전략은 유전체의 광학적 특성 및 화학적 상태를 포함한 다른 특징들의 유능한 3D 분석을 달성하도록 일반화될 수 있다.