화학공학과 이기라 교수,
효소 결합을 모사하여 다이아몬드 구조 광결정 조립  
- 효소처럼 모양에 따른 선택적 결합을 나노입자 간에 유도하여 다이아몬드 구조 형성
- 향후 초고효율 태양전지, 디스플레이, 초소형 레이저 등에 활용 기대
- Nature 9.24(목) 게재

   [그림1] 화학공학과 이기라 교수 

화학공학과 이기라 교수 연구팀은 뉴욕대학교 연구팀과 함께 2017년 Nature에 발표한 패치 나노입자의 대량 합성 기술을 기반으로, 패치 나노입자의 특정 부분에만 선택적으로 DNA를 도입하여 효소와 같이 ‘모양에 따른 선택적 결합’을 나노입자 간에 유도하고 한번에 다이아몬드 구조를 형성하는 데 성공했다고 밝혔다. 

이러한 다이아몬드 구조체는 빛을 완벽하게 가두거나 제어할 수 있어, 향후 초고효율 태양전지, 디스플레이, 초소형 레이저 등 다양한 광학소자 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

연구팀이 개발한 다이아몬드형 광결정 구조는 탄소로 이루어진 다이아몬드 결정 구조와 같이 나노입자가 3차원 공간에 배열된 결정 구조이다. 이는 1990년 다이아몬드 구조가 우수한 광결정 구조라는 것이 보고된 이후 미해결로 남아있던 다이아몬드형 광결정 구조를 빛의 파장 크기 수준에서 실험적으로 구현 가능해졌다는 점에서 더욱 의미가 크다. 

연구팀은 지난 2017년 Nature Materials지에 다이아몬드 구조와 파이로클로로 구조가 상호침투한 라베스(Laves) 구조체를 이용한 연구로 다이아몬드 구조체의 구현이 가능한 것을 발표한 바 있으며, 이를 바탕으로 광결정 구조를 구현하기 위한 연구를 진행해왔다. 이번 연구는 2단계 제조 과정을 단순화하려는 논의 과정에 새롭게 제안되어 구현된 결과이다.

[그림2] 합한 패치 나노입자의 전자현미경 사진(상단 왼쪽 사진)의 파란색으로 표시한 부분에만 선택적으로 DNA를 코팅하여 효소와 같은 결합(상단 오른쪽 그림)을 유도하여 얻어질 수 있는 다이아몬드 결정 구조의 모식도(하단 그림) 

다이아몬드 결정 구조의 광결정은 넓은 광밴드갭을 가지며, 이를 구현하면 3차원 공간에서 빛을 다양한 형태로 제어할 수 있다.

이기라 교수는 “이 연구는 오랫동안 풀지 못했던 3차원 다이아몬드 광결정 구조를 구현한 것”이라며 “광결정 구조 기반의 태양전지, 디스플레이, 레이저, 센서 등을 비롯하여 광소자에서 광컴퓨터까지 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
 
본 연구는 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업(도전형연구) 사업의 지원으로 수행되었으며, 뉴욕대학교 David Pine 교수 및 Stefano Sacanna 교수팀과 공동연구로 진행되었다. 연구 성과는 국제학술지 '네이처(Nature)' 에 9.24(목) 자로 게재되었다.
   ※ 논문명 : Colloidal Diamond
   ※ 저자 : 이기라 교수(공동저자, 성균관대), David Pine (공동교신, New York University), Stefano Sacanna (공동교신, New York University), Mingxin He (제1저자, New York University), Johnathon P. Gales (공동저자, New York University), Eienne Ducrot (공동저자, New York University and Centre de Recherche Paul Pascal), Zhe Gong (공동저자, New York University)