캘리포니아 대학 데이비스(University of California, Davis)의 연구원들은 차세대 광 제어 반도체 장치의 길을 열 수 있는 페로브스카이트(perovskites)로 알려진 재료 종류에서 놀라운 특성을 확인했습니다. 그들의 연구 결과는 3월 3일에 발표되었습니다. 첨단소재할라이드 페로브스카이트 결정이 빛에 노출되면 모양이 바뀌었다가 원래 형태로 돌아갈 수 있음을 보여줍니다.
페로브스카이트는 반도체의 일종이지만 실리콘이나 갈륨 비소와 같은 전통적인 재료와는 매우 다르게 작동합니다. 유기 성분과 무기 성분을 혼합하여 만들 수 있으며 생산 비용이 더 저렴합니다. 이러한 차이점으로 인해 차세대 기술에 특히 매력적입니다.
“그들은 우리가 통제할 수 있는 방식으로 자극에 반응하도록 조정될 수 있는 ‘스마트 재료’입니다.”라고 UC Davis의 재료 과학 공학 교수이자 논문의 수석 저자인 Marina Leite가 말했습니다. “그들의 화학은 이전에 만들 수 없었던 장치를 만드는 데 도움이 될 수 있다는 점에서 매우 다릅니다.”
모든 페로브스카이트는 ABX3으로 알려진 공통 구조를 공유합니다. 원자 수준에서 이는 6개의 원자로 구성된 팔면체(밑면에 부착된 두 개의 피라미드)로 둘러싸인 중심 원자로 시각화될 수 있으며, 모두 각 모서리에 원자가 있는 입방체 내에 둘러싸여 있습니다. 이러한 구조로 인해 페로브스카이트는 이미 광전자공학 및 첨단 태양전지에 사용하기 위해 널리 연구되고 있습니다.
빛은 빠르고 가역적인 결정 변화를 유발합니다.
이러한 물질이 빛에 어떻게 반응하는지 조사하기 위해 대학원생 Mansha Dubey는 레이저 빛을 페로브스카이트 결정에 비추고 X선 측정을 사용하여 원자 구조가 어떻게 이동하는지 모니터링했습니다. 크리스탈 자체는 스위스 취리히 ETH의 협력자인 Bekir Turedi, Andrii Kanak 및 Maksym Kovalenko 교수가 제작했습니다.
실험 결과, 결정에 빛을 비추면 내부 격자가 빠르게 이동하는 것으로 나타났습니다. 빛이 제거되면 구조는 원래 배열로 돌아갑니다. 이 주기는 여러 번 반복될 수 있습니다.
“빛을 비추면 격자에 극적인 변화가 있습니다. 이는 실리콘이나 갈륨 비소에서는 볼 수 없는 독특한 현상입니다.”라고 Leite는 말했습니다. 이 광수축 효과는 가역적이며 반복해서 반복될 수 있다고 그녀는 말했습니다.
조정 가능한 반응은 빛과 구성에 따라 달라집니다.
페로브스카이트의 가장 유망한 측면 중 하나는 유연성입니다. 화학적 구성을 조정함으로써 과학자들은 밴드갭으로 알려진 특성인 결정이 흡수하고 방출하는 빛의 파장을 제어할 수 있습니다. 다양한 구성은 특히 밴드갭 이상의 주파수에서 빛에 다르게 반응합니다.
연구원들은 또한 모양 변화의 강도가 조정될 수 있음을 발견했습니다. 빛의 색상과 강도는 재료가 얼마나 강하게 반응하는지에 영향을 미칩니다.
“이진적인 켜기/끄기 효과가 아닙니다. 빛을 비추는 정도에 따라 조광기처럼 크기가 조정된 반응일 수 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.
조명 제어 장치 및 신기술을 향해
빛을 사용하여 물질의 모양이 어떻게 변하는지 정밀하게 제어할 수 있는 능력은 새로운 유형의 장치로 이어질 수 있습니다. Leite는 페로브스카이트가 전기 대신 빛에 의해 활성화되거나 조정되는 센서나 액추에이터에 사용될 수 있다고 제안합니다.
이 연구는 전환 가능한 광소자용 재료 개발에 초점을 맞춘 연방 국방고등연구계획국(Defense Advanced Research Projects Agency) 프로그램과 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받았습니다. 또한 팀은 NSF의 지원을 받아 설립된 UC Davis Advanced Materials Characterization and Testing(AMCaT) 실험실을 사용했습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260331001056.htm
답글 남기기