'10억분의 1초에 반응' 고성능 적외선 센서 개발

열화상카메라, 생의학 이미징, 야간 투시경 등 적용 기대 GIST연구팀, 나노입자를 이용한 고성능 적외선 센서 개발 나노 분야 세계적 권위지인 'Nano Letters'에 논문 게재

[광주=뉴시스] 송창헌 기자 = 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 김봉중 교수 연구팀이 전이 금속 산화물의 하나인 이산화바나듐 단결정 나노입자를 이용한 새 원리로 나노초만에 작동하는 고성능 적외선 센서를 개발하는데 성공했다고 10일 밝혔다. 연구팀이 개발한 수소도핑된 단결정 이산화 바나듐 나노입자의 광특성 결과물. (사진=광주과학기술원 제공) [e-mail]

[광주=뉴시스] 송창헌 기자 = 인간의 감각을 뛰어넘어 10억분의 1초에 반응할 수 있는 고성능 적외선 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

열화상 카메라는 물론 생의학 이미징, 야간 투시경, 정보통신 등 최신 다기능 시스템 개발에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

10일 광주과학기술원(GIST·지스트)에 따르면 신소재공학부 김봉중 교수 연구팀이 전이 금속 산화물의 하나인 이산화바나듐 단결정 나노입자를 이용한 새로운 원리로 나노초만에 작동하는 고성능 적외선 센서를 개발하는데 성공했다.

전이 금속 산화물은 전이금속에 산소원자가 결탁한 화합물로, 촉매와 반도체로 활용되고 있으며, 이산화바나듐은 섭씨 68도를 기준으로 그 이하에서는 절연체, 그 이상에서는 도체의 성질을 지닌다.

연구팀은 과다수소 도핑된 준안정 상태의 단결정 HVO2 나노입자를 적외선 센서에 최초로 적용했다. 일반적으로 이산화바나듐이 수소 도핑이 되면 금속의 전기적 특성을 가지게 되지만, 그 상태보다 수소가 더 도핑이 되면 이산화바나듐 보다 훨씬 비저항이 높은(100배 이상 증가) 절연체가 된다.

[광주=뉴시스] 송창헌 기자 = 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 김봉중 교수 연구팀이 전이 금속 산화물의 하나인 이산화바나듐 단결정 나노입자를 이용한 새 원리로 나노초만에 작동하는 고성능 적외선 센서를 개발하는데 성공했다고 10일 밝혔다. 왼쪽부터 김봉중 교수, 김민우 박사, 조용륜 박사과정생. (사진=광주과학기술원 제공) 2020.03.10 [e-mail]

개발된 광센서는 실온에서 높은 반응성과 감도를 유지하면서도 수 나노초의 반응 속도를 보였다.

이러한 성능은 현존하는 이차원 단일층과 이종구조로 이뤄진 적외선 센서 중 가장 우수하며, 반응속도도 1000배 이상 빠른 것으로 나타났다.

김 교수는 "이번 연구성과는 적외선 광센서에 전이 금속 산화물을 이용한 최초의 연구 성과라는 점에서 의의가 있다"며 "앞으로 작은 크기 원자의 도핑을 이용, 광전소자와 에너지 소자들의 성능을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

김 교수가 주도하고, 신소재공학부 김민우 박사와 조용륜 박사과정 학생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며 연구성과는 나노분야 최고 권위지인 Nano Letters에 2020년 2월28일 온라인 게재됐다.

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