물리학과 이재광 교수 연구팀은 삼성디스플레이와의 협력연구를 통해 양자점 양자효율 감소 비밀을 규명하였다.

최근 양자점 디스플레이가 각광 받고 있다.

단일 물질이 아닌 코어-쉘 구조 양자점이 이용되고 있다.

코어-쉘 구조 양자점은 다른 디스플레이 구조에 비해, 빛의 밝기와 양자효율이 매우 뛰어나기 때문이다.

하지만 특정 시간이 경과하면, 코어-쉘 구조 양자점의 양자효율이 급격하게 줄어드는 현상이 큰 문제점으로 알려져왔다.

양자효율 감소에 대한 다양한 가설들이 보고되었지만, 이론과 실험이 협력하여 원자수준에서 메커니즘을 규명한 연구는 거의 없었다.

연구팀은 electron spin resonance (ESR) 계산과 실험을 통해 코어-쉘 구조 양자점 표면의 sulfur vacancy가 양자효율 감소의 핵심적인 인자임을 규명하였다. 특히 ESR g-factor 및 전자구조 계산과 in-situ ESR 실험을 통해 표면에 sulfur vacancy가 생성되면 이를 기점으로 다양한 결함들이 양자점 안쪽으로 도미노처럼 쉽게 형성됨을 규명하였다. 특히 이를 통해 코어-쉘 구조의 전자구조가 양자점에 최적인 Type-I에서 Type-II로 변형되어 급격하게 양자효율이 감소됨을 규명하였다 [그림].

이재광 교수는 “이번 연구는 코어-쉘 양자점 양자효율 감소에 대한 메커니즘을 원자수준에서 밝혀낸 연구성과로, 향후 코어-쉘 양자점 양자효율 최적화에 핵심자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 논문은 부산대 물리학과 진영록 석박통합 대학원생이 제1저자, 이재광 교수와 삼성디스플레이 연구팀이 공동교신저자로 수행해, ‘Defect-Cascades-Induced Photodegradation in InP/ZnSe/ZnS Quantum Dots’이라는 제목으로 2025년 기준 JCR 7.17% IF 14.1인 국제학술지 Advanced Science 11월3일에 게재됐다.

논문: https://doi.org/10.1002/advs.202515691

해당 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 나노및소재기술개발 사업과 삼성디스플레이의 지원을 받았다.

【왼쪽부터 진영록 대학원생, 이재광 교수】

【표면 sulfur vacancy 유무에 따른 결함 생성 메커니즘 규명】

【결함 생성 도미노 현상으로 Type-II로의 변화】