화학과 박성호 교수 연구팀, 비등방성 구조를 갖는 

플라즈모닉 프레임 입자개발 및 광학적 성질 분석

[그림1] 박성호 (교신저자, 성균관대 교수, 왼쪽), Navid (1저자, 성균관대 박사과정, 오른쪽)

최근 에너지 및 바이오 검출 분야에 대한 사회적 관심이 증가함에 따라 촉매, 광학, 바이오 응용연구 분야에서 나노입자를 이용한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 자연 물질에서 흔히 볼 수 있듯이 등방성의 안정화된 구조를 갖는 것이 일반적인 것처럼, 나노입자에서도 표면에너지가 안정화된 등방성 입자구조가 일반적이다. 

하지만 최근에는 이런 등방성 구조에서 벗어나 독특한 물리적, 화학적 특징을 갖는 비등방성 구조를 갖는 나노입자 합성을 위한 많은 노력들이 이루어지고 있다. 비대칭 프레임 나노입자합성은 주로 식각공정을 통하여 합성되고 있는데, 높은 제작 비용, 복잡한 합성과정, 정교한 입자조절이 어렵다는 제한점이 있다.

화학과 박성호 교수 연구팀은 수용액 상에서 진행되는 다양한 화학반응들을 개발하고, 정교한 다단계 합성과정 설계를 통하여 독특한 광학성질을 갖는 비대칭 구조의 플라즈모닉 프레임입자를 합성하였다. 최종적으로 합성된 구조는 Split nanorings 구조이고, Split nanorings 구조의 bending angle를 정교하게 조절함에 따라 비대칭 프레임 입자표면에서 빛과의 상호작용으로 인해 일어나는 전자의 총괄적 움직임 현상을 체계적으로 분석할 수 있었다. 

[그림2] Split nanorings 합성을 위한 정교한 다단계합성과정

또한, 내부 line gap에서 근거리 전자기장이 극대화 되는 것을 single particle surface enhanced Raman scattering (SP-SERS) 측정을 통하여 확인함으로써, 이전까지 수용액상에서 합성될 수 없었던 비대칭 플라즈모닉 SP-SERS substrate를 새롭게 제시하였다. 

해당 연구 성과는 세계적인 학술지인 나노 레터스 (Nano Letters, Impact Factor 12.344)에 게재되었다. 본 연구 결과를 통해 나노 입자의 정교한 조절과 분석 방법론을 제시하였고, 나노, 광학, 센서, 메타물질 등의 다양한 분야에 이용 될 수 있는 나노입자개발 및 응용연구에 선구적인 역할을 할 것으로 보인다.

논문제목:" Synthesis and Surface Plasmonic Characterization of Asymmetric Au Split Nanorings" (Nano Letters, 2020년 9월)