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양자점의 비탄성 광자 산란

전문가 제언: ○ 양자역학을 개발한 물리학자 A. Sommerfeld가 1938년 단단한 구면 퍼텐셜로 원자 속의 전자들을 가두어 둘 수 있다고 제안하였다. 그때 그가 제안했던 것이 오늘날 양자점(Quantum Dots)이다. 양자점은 퍼텐셜장벽에 의해 전자들이 가두어진 물질상태다. 물질의 크기가 작아지면 벌크와는 다른 물리적 성질을 나타내는데 양자점 내에 있는 전자들을 빼낼 수도 집어넣을 수도 있으므로 나노테크놀로지에서는 양자비트(qbit)라 하고, 생화학자들은 redox(산화환원) 그룹이라 하여 여러 분야에서 양자점 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

○ 물질의 크기가 작아졌지만 대략 1010cm-2의 양자점 밀도를 가지며 양자점 안에 수십 개의 전자들이 있기 때문에 양자점의 전자구조를 규명하기 위하여 다체계 시스템의 Schr?dinger 방정식을 수치 해석적으로 풀려면 정확한 해밀토니안이 정의되고 적절한 근사를 취해야 한다. 이 리뷰는 양자점의 전자구조를 수치적으로 계산하기 위하여 ED(Exact Diagonalizaton)기법을 이용하여 계산하는 모델을 설정하고 라만산란 스펙트럼을 조사하여 6개의 전자를 갖는 양자점의 전자구조를 해석한 것이다.

○ 이 리뷰에서 설정한 모델에 사용한 시료는 InAs/GaAs 구조로 격자 스트레인으로 자발적으로 성장된 직경이 20nm 두께 5nm의 양자점이 30meV의 가둠 퍼텐셜로 6개의 전자가 가두어진 양자점 구조다. 계산결과로 에너지 밴드 갭(1.180 eV) 흡수와 함께 중간 밴드 대역(1.23 - 1.25 eV)의 흡수피크가 관찰되었으므로 양자점 내에 에너지 부레벨이 존재함을 확인할 수 있게 되었다.

○ 라만산란 스펙트럼 분석으로 6개 전자 양자점 전하밀도의 여기 피크가 57 meV에서 관찰되어 같은 시료로 실험한 Chue와 Aslan 실험과 일치함을 확인한 것이다. 이는 이 리뷰에서 사용한 계산 모델로 양자점 내의 중간밴드 간의 에너지 전이가 가능한 것을 보여줌으로써 양자점 내의 전자구조를 이해하고 활용하는 데 유용한 근거를 제공하였다고 생각한다.

저자: Alain Delgado et al
자료유형: 학술정보