유기-무기 금속 할라이드 페로브스카이트는 차세대 반도체 소재로서 뛰어난 광전자 특성을 지니고 있습니다. 본 연구실에서는 이러한 페로브스카이트 박막의 전하 운반자 동역학, 스핀 및 밸리 동역학, 준입자 동역학 등 다양한 현상을 펨토초 레이저 분광기술과 현미경을 활용하여 정밀하게 분석하고 있습니다. 특히, 비평형 상태에서 평형 상태로 이행하는 과정에서의 공간적 전하 동역학을 실시간으로 관찰함으로써, 표면 패시베이션, 첨가제 처리, 결함 조절, 박막의 형태 변화 등이 전하 이동에 미치는 영향을 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 트랜지언트 흡수 현미경(Transient Absorption Microscopy, TAM)을 통해 펨토초에서 서브나노초에 이르는 시간 척도에서 전하 운반자의 실제 공간 내 움직임을 시각화함으로써, 기존의 분광법으로는 파악하기 어려운 미세한 동역학적 현상을 밝혀내고 있습니다. 또한, 원형 편광 의존 측정을 통해 다양한 대칭성과 구조, 화학 조성, 표면/계면 처리에 따른 스핀 및 밸리 동역학을 체계적으로 분석하여, 페로브스카이트 기반 스핀트로닉스 및 밸리트로닉스 소자 개발에 기초가 되는 물리적 원리를 탐구하고 있습니다. 궁극적으로 본 연구실은 하이브리드 페로브스카이트 내 에너지 전달 및 변환의 근본적인 물리 메커니즘을 규명하고, 초고속 현상에 대한 새로운 시각을 제시함으로써 차세대 광전자 및 스핀트로닉스/밸리트로닉스 기술 발전에 기여하고자 합니다. 이를 통해 고효율 태양전지, 광검출기, 발광 소자 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 소재 설계와 소자 성능 향상을 도모하고 있습니다.

이차원 전이금속 칼코겐화물(TMDs)은 원자 수준의 박막 구조와 강한 빛-물질 상호작용, 그리고 스핀-궤도 결합 및 밸리 선택 규칙 등 독특한 물리적 특성을 지닌 차세대 반도체입니다. 본 연구실에서는 TMDs의 엑시톤 생성, 수송, 재결합 과정에서 나타나는 공간적·시간적 이질성 및 환경 변화(변형, 결함, 적층 순서, 유전 환경 등)에 따른 광전자 특성 변화를 펨토초 트랜지언트 흡수 분광 및 현미경 기법을 통해 정밀하게 분석하고 있습니다. 특히, TMDs 내에서의 엑시톤 및 전하 운반자의 에너지 이완, 재결합 경로, 수송 과정이 단일 박막 내에서도 공간적으로 다양하게 나타남을 규명하고, 나노미터 수준의 공간 해상도와 펨토초 수준의 시간 해상도를 바탕으로 초고속 에너지 및 전하 수송 현상을 직접 시각화합니다. 이를 통해 구조적·환경적 요인이 TMDs의 광전자 동역학에 미치는 영향을 체계적으로 이해하고, 차세대 광전자 소자 설계에 필요한 근본적인 지식을 축적하고 있습니다. 또한, 양자점(Quantum Dots)은 크기 의존적 발광 특성과 양자 구속 효과로 인해 독특한 광전자 특성을 보이며, 본 연구실은 시간분해 분광 및 현미경을 활용하여 양자점 집합체 내에서의 집단적 전하 운반자 및 엑시톤 동역학을 추적합니다. 이를 통해 양자점 기반 태양전지, 양자 정보 소자 등 실질적 응용을 위한 집합체 내 동역학적 특성 및 에너지 전달 메커니즘을 규명하고, 고효율 광전자 소자 개발에 기여하고 있습니다.