센티미터 수준에서 금 나노막대 배향 제어한다

한국연구재단(이사장 조무제)은 윤동기 교수(한국과학기술원) 연구팀이 DNA를 이용하여 센티미터 크기의 넓은 면적에서 적용 가능한 금 나노막대 배향 제어 기술을 개발했다고 밝혔다.

금 나노막대 같은 플라즈모닉 나노입자는 표면 플라즈몬 공명이라는 독특한 광학적·전기적 성질을 갖고 있어 LCD와 같은 광전자 소자 등 차세대 플랫폼의 핵심 소재로 주목받고 있다.

기존에는 마이크로미터 수준에서 성공하였을 뿐 센티미터 단위의 넓은 면적에서 배향 문제 때문에 실제 응용에 한계가 있었다. 지금까지의 일부 연구 결과도 나노 입자의 배향을 마이크로미터 영역의 국소부위에만 성공하는 수준이었다.

연구팀은 자연에서 쉽게 구할 수 있는 DNA를 매개체로 이용해 금 나노막대를 수 센티미터 수준의 넓은 면적에서 배향시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 이러한 기술을 통해 DNA를 매개체로 하여 평행, 수직, 지그재그 등의 다양한 정렬을 가지는 금 나노막대 고배향 박막을 제작하였다.

연구팀이 개발한 금 나노막대-DNA 박막은 넓은 면적에서 고배향도를 보인다. 금 나노막대의 이방성(anisotropy)에 의해 플라즈모닉 컬러필터 제작에도 활용 가능하다.

특히 이 연구는 연어에서 간단히 추출한 DNA 소재를 이용했다. 기존 인공합성 DNA에 비해 1,000배 이상 비용이 저렴하다. 또 간단하게 자르는 힘을 가하는 방법으로 DNA 분자를 쉽게 조절할 수 있어 대규모 제작과 광전자 소자에 대한 응용도 가능할 것으로 기대된다.

윤동기 교수는 “이 연구는 DNA와 금 나노입자의 상호작용을 이용하여 혼합물을 정렬시키는 기술을 개발한 것이다”며 “금 나노막대 입자 뿐 아니라 다양한 특성을 갖는 나노입자 배향 조절로 확장될 수 있어 다양한 광전 소자 및 센서 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 미래유망 융합기술 파이오니어사업과 나노소재 원천기술개발사업의 지원으로 수행되었다.재료과학 분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈 (Advanced Functional Materials) 10월 10일 자 논문으로 게재되었다.