세계 최초 '다이아몬드 광결정' 구현…디스플레이 혁신 이룰까

DNA 오리가미로 자가조립된 다이아몬드 광결정 전자현미경 이미지. 고려대 제공.

세계 최초로 다이아몬드 광결정이 구현됐다. 광결정은 ‘빛의 반도체'로 불리는 구조체로 컬러형 복사냉각기, 이미지 센서, 디스플레이, 태양전지, 레이저 등의 핵심 광학 소재다. 

고려대는 이승우 융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원 교수와 팀 리들 독일 루트비히막시밀리안 뮌헨대 교수 연구팀이 DNA 오리가미(종이접기)를 이용해 다이아몬드 광결정을 구현했다고 21일 밝혔다.  

광결정은 광밴드갭에 의해 원하는 파장 대역의 빛을 모든 방향으로 반사할 수 있어 광학 소재로 널리 이용되고 있다. ’다이아몬드 격자구조‘의 광결정은 광밴드갭을 가장 크게 열 수 있다. 특히 ’직접 막대 연결형 다이아몬드 격자구조‘가 넓은 광밴드갭을 갖는 것으로 알려졌다. 

하지만 지금까지 직접 막대 연결형 다이아몬드 격자구조가 구현된 사례는 없었다. 다이아몬드 광결정은 3D 콤플렉스 구조여서 콜로이드와 같은 소프트 나노 재료의 자가조립 외에는 구현 방법이 없고 조립 안전성이 떨어지기 때문이다. 
   
연구팀은 2020년 소프트 나노 재료인 DNA 오리가미를 통해 직접 막대 연결형 다이아몬드 광결정이 구현 가능하며 광밴드갭을 가장 크게 열 수 있다는 점을 이론적으로 밝혀냈다. 이번 연구에서는 실험적으로 다이아몬드 광결정을 구현해 광밴드갭 구조 기반 광반사를 적외선·가시광 대역에서 실증하는 데 성공했다. 

연구팀은 “이번 연구를 통해 빛과 물질의 상호작용에 기반한 다양한 에너지·디스플레이 소자를 혁신할 수 있는 새로운 전기가 마련됐다”고 말했다. 연구 결과는 17일 국제학술지 ’사이언스‘에 발표됐다. 

이승우 고려대 융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원 교수. 고려대 제공.

[문세영 기자 moon09@donga.com]