정광섭 | 고려대학교 화학과, kwangsjeong@korea.ac.kr
서 론
양자점은 수 나노미터에서 수십 나노미터에 이르는 크기 의 반도체이다. 이 작은 양자점에 외부 빛을 비추게 되면 그 안에 전자와 정공의 쌍인 엑시톤이 생성된다. 엑시톤의 고유의 크기에 해당하는 엑시톤 보어 반지름은 물질마다 각 기 다른 값을 가지고 있는데 이 엑시톤 보어 반지름이 물질 의 크기보다 클 때 반도체 밴드갭 에너지는 더 커지게 되는 양자구속현상을 양자점의 매우 특이한 현상으로 보고 있 다.[참고문헌 1] 이는 반도체 물질의 고윳값인 전하유효질량에 대한 각 각의 운동에너지와 서로 간의 쿨롬 에너지를 고려하면 그 변화를 이해할 수 있다. 변화 가능한 밴드갭 에너지를 이용 하여 바이오이미징, 트랜지스터, 분자센서, 포토디텍터, 태양전지, LED, 레이저 등 여러 목적에 맞는 연구가 진행되 고 있었으며 그중에 상용화된 대표적인 나노과학기술의 예 제가 디스플레이에 사용된 양자점이다. [참고문헌 2-7] 양자점에 대한 연구는 지속적으로 기초적인 연구도 진행되고 있는데 본 총설에서는 양자점의 띠틈(밴드갭) 전이 외에 많이 알려지 지 않았던 새로운 전자전이에 대해서 소개하고자 한다.
양자점에 대한 기존 연구는 만드는 방식으로 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 형태상 반구 형태로 제작하는 에피탁 시 기반 양자점과 화학적 습식 방법으로 합성하는 콜로이 드 양자점이다. 시기적으로는 에피탁시법으로 결정을 성장 시키는 반구 형태의 양자점이 먼저 연구되었다.[참고문헌 8] 콜로이드 양자점은 씨앗-성장 방법으로 용액 내에서 형성시키기 때 문에 결정성장 제어에 따라서 완전한 구 형태로 형성시키는 것이 가능하다. 박막으로 제작 시에 상대적으로 높은 공 간밀도를 가지며 합성 시 낮은 온도 공정 등의 장점 덕분에 많은 관심을 받았고 산업적인 상용화에까지 이를 수가 있었다.[참고문헌 9]
양자점은 반도체 물질이기 때문에 전자준위(electronic states)가 전도띠와 원자가띠로 구성되어 있다. 띠 또는 밴드라고 하는 것은 전자준위가 매우 촘촘히 겹쳐 있 는 상태를 나타내지만 이것은 양자점에서도 동일하게 전도띠, 원자가띠 등으로 사용된다. 그러나 한 가지 다른 점은 띠가촘촘하게 연속적으로 구성되어 있지 않고 불연속성을 나타내고 있다는 점이다. 띠 내에 전자준위 가 연속적이지 않기때문에 띠 내 전자준위 간 서로 전자 전이가 일어날 수가 있으며 이는 인공 원자의 양자화된 특 성을 매우 잘 나타낸다.[참고문헌 10]
마치 원자의 리드버그 전이를 양자점에서 관찰하는 것 이라고 할 수 있다. 원자에서도 다양한 전자전이가 허용될 경우에 일어날 수 있는 것처럼 양자점에서도 허용된 전자전이가 있다. 양자점의 각각의 전자준위는 원자의 전자준위와 유사하게 각각의 준위에 대한 명명은 원자처럼 S, P, D등을 사용하며 띠간전이(interband transition)는 각운동량이 Δ=𝐿0,±2,… 띠내전이 (intraband transition)은Δ=𝐿±1 일 때 관찰할 수 있다고 알려져 있다. 그리고 각 P, D등의 준위는 축퇴되어 있다.[참고문헌 11-13]
양자점에서 발생하는 전자전이 중에서 띠틈전이 (밴드갭전이)는 가장 많이 활용되고 있는 전자전이이며 띠간 전이(interband transition, 적색) 전자전이 중에 가장 낮은 에너지 전이가 띠틈전이에 해당한다. 일반적으로 양자점의 크기에 따른 색 변화 등에 대하여 논의할 때 이 띠틈전이의 변화가 눈으로 관찰하는 양자점의 색 변화와 관련이 된다. 반도체인 양자점은 전도띠(컨덕션밴드,conduction band) 와 원자가띠(밸런스밴드, valence band) 사이에 페르미 준위가 위치하게 되는데 페르미 준위 아래에 있는 원자가 띠에 있는 전자가 광여기되어서 전도띠에 있는 전자준위로 이동하게 되고 시간이 지나서 전도띠 중 가장 낮은 에너지 준위로 내려온 뒤 원자기띠에서 가장 높은 에너지 준위에 있는 정공과 결합하여 광발광을 나타낸다.
본론
1. 양자점 띠내전이
빛으로 여기(excited)된 전자가 전도띠 내 상위 에너지 준위에 올라가게 되면 상위 전자준위에서 차례로 내려올 때 수 펨토초(fs)에서 수 피코초(ps) 내의 빠른 전하 이완 (carrier relaxation)이 발생하게 된다. 원자가띠에서도 정공에 대해서 동일한 현상이 발생하게 되며 빠르게 이완 한다.[참고문헌 14] 일반적인 반도체는 연속적인 에너지 준위를 통해 전자가 빠르게 전도띠의 가장 낮은 에너지로 위치하게 되 는데 이 과정에서 일반적인 반도체와 양자점의 차이가 있다. 양자점의 경우에는 전도띠 내 전자준위가 불연속적으로 위치하기 때문에 내려올 때마다 계단식으로 내려오게 된다. 따라서 불연속적인 전자전이 하나하나에 대해서 이론적으로 관찰할 수 있으며 그 과정에서 발생하는 띠내전이 형광을 측정하는 것도 몇 년 전부터 관찰이 가능하게 되었다. 다만 에너지 간격이 격자의 진동인 포논 에너지 정도 에 해당하게 된다면 포논에 의한 영향에 의해서 에너지가 소실되는 경우도 관찰된다.[참고문헌 15]
만일 전자준위가 에너지 간격이 충분히 크고(Δ𝐸>𝑘𝑇) 포논 에너지보다도 크다면 우리는 상온에서도 띠내전이 형광을 관찰할 수 있으며 이는 전도띠와 원자가띠 내 준위가 연속적인 일반적인 반도체와 전도띠와 원자가띠 준위가 불 연속적인 양자점과의 다른 점이라고 할 수 있다.[참고문헌 12, 16]
띠틈전이가 발생하기도 전에 이미 이와 같이 양자구속현 상에 의해서 형성된 불연속적인 전자전이에 의한 광학적 특성이 양자점에 존재하기 때문에 이는 다양한 현상에서 필히 고려되어야 하는 요소가 된다.
그러나 이러한 과정이 매우 빠른 시간 내에 완료가 되기 때문에 이러한 현상을 쉽게 관찰하기에는 어려웠고 펨토초 시분해 분광법을 통해서만 해당 현상을 관찰할 수가 있었다. 띠내전이를 연구하는 초기에는 시분해 분광법이 띠내전이의 존재에 대해서 확인할 수 있는 유일한 방법이었으며 띠내전이를 매우 빠른 시간 내에 잠깐 확인할 수 있었다. 시분해 분광법 중에서 가장 직접적으로 관찰할 수 있는 방법으로는 띠틈 에너지에 해당하는 파장의 펌프 레이저 펄를 양자점에 조사하여 엑시톤을 형성시키면, 전자가 전도 띠 내에 위치하고 정공이 원자가띠에 위치하게 될 때, 프로 브레이저 펄스를 조사하여 전도띠 내에서 가장 낮은 에너지 준위인 1Se 에서 바로 위의 준위인 1Pe 준위로 흡수되는 전자전이에 대해서 관찰할 수가 있었다. 시간 차이는 수백 펨토초에서 피코초 단위의 시간분해능의 결과를 관찰할 수 가 있었다. 이와 관련한 연구를 진행했던 연구진은 Philippe Guyot-Sionnest, Victor I. Klimov, Moungi Bawendi, Frank Wise, Emily Weiss, John Asbury, Richard Schaller, Gregory Engel, Tianquan Lian, Kelly J. Gaffney, Matthew C. Beard 등의 여러 연구자들이 있었 고 띠내전이를 포함하여 다양한 전이를 펨토초 시분해 분광법으로 연구를 진행해왔다.[참고문헌 13, 15-22]
빠른 시간 내에 띠내전이를 관찰하는 것도 매우 흥미롭고 양자점의 띠틈전이 외의 다른 전이를 관찰할 수 있었다 는 큰 의미가 있었지만, 실질적으로 띠내전이를 띠틈전이 처럼 활용하기 위해서는 당시에 관찰하고 있는 전하의 이완시간 보다 훨씬 긴 수명이 필요하였다. 따라서 연구자들 은 이를 길게 늘이고자 하는 연구를 다양한 방법으로 수행 하였다.
양자점의 표면은 안쪽으로는 양자점 결정을 이루는 격자 구조를 이루고 있으며 바깥쪽으로는 리간드라는 유기물과 결합되어 있다. 따라서 표면에 위치한 원자의 배위수, 표면 쌍극자, 초과하는 원자의 수 및 전자의 수 등 다양한 조건 이 양자점의 성질을 변화시킬 수 있다. 특히 리간드로 양자 점 표면을 변화시키면 전도띠 내와 원자가띠 내에 위치한 전자와 정공의 수명을 늦출 수 있다는 보고가 있었다. 이에 따라서 다양한 화학적인 방법이 적용이 되었고 띠내전이 내에서 발생하는 전하의 수명이 증가할 수 있었다. 그러나 적으로 사용하기 위해서는 다른 방법이 필요하였다. 그중에 한 가지 제안된 방법은 분광전기화학적인 방법이다.[참고문헌 24, 25] 양자점은 합성을 하고 나면 표면에 올레산 등의 유기 리간드가 결합이 되어 있기 때문에 안쪽에 있는 양자점은 반도 체일지라도 외부 표면에 결합된 유기 리간드는 전기를 통 하지 않는 부도체이다. 유기 리간드가 표면에 결합되어 있 기 때문에 양자점이 비록 금속과 칼코겐 등으로 내부에 결 정을 형성하더라도 무극성 용매에 분산이 가능할 수 있었다. 참고로 이 성질이 바로 이전에 사용된 에피탁시법으로 제작한 반구 형태의 양자점과 다른 점이 된다. 반구 형태의 양자점은 리간드가 없으며 기상 증착 방식이기 때문에 기판 위에서 형성해야 하는 특징이 있다.
다시 돌아와서 콜로이드 양자점은 유기 리간드 덕분에 콜로이드상으로 존재할 수가 있지만 내부에 있는 전자나 정공이 다른 양자점으로 이동하기 위해서는 전하이동에 방 해가 되는 유기 리간드의 길이가 짧아질 필요가 있다. 양자점은 많은 경우에 전하가 호핑을 통해서 전하 전달이 되는 것으로 알려져 있는데, 양자점이 박막을 구성할 때 패킹 밀도가 높고 규칙적이라면 일반적인 반도체의 전하이동도 값에 이르는 밴드유사-전하전달현상(band-like transport) 도 관찰이 된다. 이와 같이 합성 단계에서 양자점의 모양과 크기를 제어하기 위해서 사용한 유기 리간드를 다른 짧은 유/무기 리간드로 치환하는 과정에 대한 연구가 많이 진행 되었으며 이를 통해서 위의 전기화학적인 방법 역시 사용 이 가능하였다. [참고문헌 26, 27]
띠내전이를 관찰하기 위한 전기화학적인 방법으로는 전극 에 박막 형태로 형성된 양자점 앙상블에 전극을 통해서 전자 를 주입하거나 제거하는 방법이 있다.[참고문헌 28,29] 전해질을 통하여 전압을 인가하기 때문에 박막 전체적으로 전압이 인가된다 는 장점이 있어서 양자점의 전반적인 페르미 준위 변화에 적 합한 방법이 된다. 구체적으로는, 박막 형태의 양자점 앙상 블을 전극 위에 코팅하고 다른 기준전극과 사이에 전압 차이 에 따라서 양자점의 페르미 준위를 조절하여 페르미 준위를 전도띠 내 가장 낮은 에너지 준위인 1Se 와 두 번째 낮은 준 위인 1Pe 사이에 위치시키면 1Se-1Pe에 해당하는 띠내전이 를 관찰할 수 있었다. 이때 전압이 지속적으로 유지되어야 페르미 준위가 1Se와 1Pe 사이에 위치할 수 있게 된다.[참고문헌 30-32]
세 번째 방법은 환원제나 산화제를 이용한 화학적인 방법의 전하주입법이다. 전도띠 내에서 불연속적인 준위 간에 발생하는 띠내전이를 관찰하기 위해서 콜로이드 양자점 용액에 환원제를 당량으로 첨가하여 전자를 의도적으로 양자점 내에 주입하는 방식이다. 이 방식은 전기화학적 방법이나 분광학적 방법과는 다르게 비가역적이며 불균일한 양자점의 표면에서 의도하지 않은 다른 화학적인 반응을 일 으킬 수 있기도 하다.[참고문헌 25]
위에서 언급한 시분해 분광법, 전기화학적방법, 산화제 또는 환원제를 통한 전하 주입 방법들은 띠내전이를 관찰 하기에는 한계가 존재한다. 수십 피코초 내 빠른 시간 동안 만 잠깐 관찰할 수 있거나 주변에 전기화학포텐셜이 존재 할 때에만 관찰할 수 있거나, 또는 양자점 주변 대기의 조 건이 화학적으로 비활성(inert)일 때에만 관찰이 가능하다 는 것이다. 물론 이 방법들은 최근에도 여전히 연구가 되고 있으며 다양한 목적에 쓰일 수 있지만 그럼에도 띠내전이 연구를 띠틈전이 연구 정도로 확장하기에는 제약이 있었다.
2. 띠내 전자전이 정상 상태에서의 관찰
그러던 중에,시카고대학교화학과및물리학과의Philippe Guyot-Sionnest의 연구진은 𝛽−𝐻𝑔𝑆 양자점의 표면 쌍극자를 변화시켜서 자가 도핑된 양자점을 구현하였다. 즉, 양자점의 띠내전이를 정상 상태(또는 일정 상태)에서 관찰할 수 있게 된 것이다. 양자점의 띠틈 전이를 정상 상태에서 대기 중에서 관찰할 수 있었던 것처럼 띠내전이를 관찰할 수 있다는 의미이며 이는 띠내전이를 활용한 다양한 연구를 새롭게 연구할 수 있다는 의미를 가진다. 해당 연구를 함께 수행했던 필자도 띠내전이를 대기 중에서 정상 상태로 관찰 가능하다는 것이 매우 놀라웠고, 동시에 그 원인에 대해서 다양한 실험 방법으로 치밀한 검증을 해야만 했었다.
띠내전이는 합성 단계에서 양자점을 자가 도핑하는 방식 으로 진행된다. 수백 개에서 수천 개의 원자로 구성된 양자 점은 화학양론에서 벗어나더라도 충분한 시간 동안 안정적 으로 존재할 수 있기 때문에 자가 도핑이 가능하고 정상 상태 띠내전이를 관찰할 수 있다.
띠내전이는 전도띠 내에서 일어나는 전도띠내전이(In- traband in conduction band)가 있고 또한 원자가띠 내 에서 일어나는 원자가띠내전이(Intraband in valence band)가 있다. 분자의 진동 에너지와 서로 겹치기 때문에 양자점에서 적외선이 엑시톤으로 변환되고 엑시톤이 전자 와 정공으로 분리되어 전기신호로 변환되는 것을 확인하는 과정이 필요하였다. 따라서 𝛽−𝐻𝑔𝑆양자점과 𝐻𝑔𝑆𝑒양자 점을 적외선 감응 소재로 사용하여 적외선 디텍터를 제작 하였고 띠내전이가 광전변환이 된다는 증명 연구를 보고하 였다. [그림 3]과 같이 띠내전이는 중적외선 영역에서 관찰 되며 표면의 변화에 따라서 띠내전이가 억제되기도 하는데 이것은 [그림 2]와 같이 양자점의 전체적인 에너지 준위를 변화시키며 페르미 준위를 선택적으로 위치시키며 띠내전 이 또는 띠틈전이를 선택한 결과를 보여준다.[참고문헌 33,34]
이후에 띠내전이는 HgS, HgSe, HgTe 등의 수은 칼코 겐 양자점에서 모두 정상 상태에서 관찰이 가능하다는 연속적인 보고가 있었다.[참고문헌 33, 35, 36] 각각의 흡수 스펙트럼뿐만 아니라 띠내전이에서 형광스펙트럼도 얻을 수 있었으며 본격적으로 띠내전이-엑시톤 (Intraband exciton) 연구를 시작할 수 있었다. 참고로 기기 사용 측면에서는 FTIR 분광 기를 이용하여 양자점의 전자전이를 관찰할 수 있다는 의미이기도 하다.
수은 외 다른 양자점이 자가 도핑이 가능한지 연구하는 중에 2018년 필자의 연구실에서 Ag2Se 양자점도 자가 도 핑이 가능하며 정상 상태 띠내전이를 가진다는 것을 보고 하였다. 이는 수은에 비하여 독성이 현저히 적고 합성 방 법도 접근하기 용이하기 때문에 현재 다양한 연구진들이 저독성 물질을 이용한 중적외선 연구를 할 수 있는 씨앗연 구가 되었다.[참고문헌 31] 참고로 관련된 연구로는 2012년에 Ag2Se 양자점이 중적외선에서 띠틈전이가 있다고 스위스 ETH 의 David Norris 교수 연구진에서 한 편의 논문을 보고하였다. [참고문헌 37] 이후에 해당 연구진의 연속적인 결과 논문이나 수 정 결과는 없었는데 필자의 연구진은 중적외선 영역에서 관찰되는 Ag2Se 양자점의 전자전이는 띠틈전이가 아니라 띠내전이임을 2018년에 실험적으로 증명하여 보고하였다. 양자점의 자가 도핑 외에도 다른 방법이 있을 것으로 기 대하며 필자의 연구진은 띠내전이를 관찰하기 위한 방법으 로 양이온교환법을 제시하였다. 흥미롭게도 이 과정에서 정상 상태 띠내전이를 관찰할 수 있었고 이는 양이온 교환 법을 이용하여 가시광선에서 중적외선까지 주된 전자전이과정을 변화시키는 방법을 제시하였다. [참고문헌 38, 39]
3. 띠내 전자전이 형광
띠틈전이를 보이는 양자점을 띠내전이가 나타내게끔 만 든 이후에는 흥미로운 점이 하나 더 발생한다. 양자점에서 생성된 전자와 정공이 방사성재결합(radiative recombi- nation)을 할 때, 메커니즘에 변화가 생긴다는 것이다.[참고문헌 40] 위에서 띠틈전이의 형광에 대해서 논할 때, 양자점에 외부 빛이 조사될 경우에 전자는 전도띠의 상층 전자준위에 위 치하고 시간이 지남에 따라서 전도띠의 최저 에너지 준위 인 1Se 로 내려온다고 했다. 반대로 정공은 원자가띠의 광 여기 이후에 시간이 지나면 최고 에너지 준위인 1Sh 로 이 동하고 1Se의 전자와 1Sh의 정공이 재결합하면서 형광을 나 타낸다는 메커니즘이 일반적인 양자점의 형광 메커니즘이 된다. 그러나 자가 도핑되어서 띠내전이를 보이는 양자점 의 경우에는 가장 마지막 순서가 띠내전이를 통한 재결합 이다. 즉, 가시광선을 양자점에 쬐어준다면 전자가 전도띠 의 상층 에너지준위로 여기되고 정공도 원자가띠에 생성되 는 것은 같으나, 전도띠에 있는 전자는 상위 준위에서 순차 적으로 내려오다가 1Pe 에 머무르게 된다. 그리고 정공은 원자가띠의 최고 에너지준위에서 머물지 않고 1Se로 이동 하게되어 마지막 재결합 단계는 전자(1Pe)-정공(1Se)의 재 결합이 일어나면서 띠내전이 엑시톤 재결합으로 형광을 나 타낸다.[참고문헌 41, 42]
4. 띠내전이 축퇴 변화
띠내전이는 위에 언급한 바와 같이 전도띠 내에서 여러 불연속적인 준위를 가지는데 이때 양자점의 결정구조 변화 나 스핀궤도결합(spin-orbit coupling)에 따라서 피크(peak)가 갈라지는 현상을 보인다. 위의 그림에서 보는 바 와 같이 띠내전이가 양자점의 결정구조 변화 및 스핀궤도 결합(spin-orbit coupling)에 따라서 2개에서 3개의 peak으로 갈라지는 현상을 볼 수 있다. 이는 기존에 띠틈 전이 및 흡수스펙트럼으로는 관찰하기 어려웠던 양자점의 전도띠 내의 각 전자준위의 축퇴가 깨지는 (broken de- generacy) 현상을 적외선 영역에서 매우 자세하게 보여주 는 놀라운 결과이다.[참고문헌 29]
5. 띠내 전자전이 응용
5.1 기체 분자의 진동과의 공명을 이용한 기체분자 센싱
이와 같은 적외선 영역에서 관찰할 수 있는 양자점의 띠 내전이는 마침 분자의 지문에 해당하는 분자의 진동에너지 와 겹치는 영역에서 관찰된다.
[그림 7]은 이산화탄소의 진동에너지에 해당하는 2349 cm-1 와 HgSe 양자점의 띠내전이와의 에너지 공명을 이용 한 기체 센서 결과를 보여준다. 양자점을 이용하여 전계효 과 트랜지스터(Field effect transistor)를 제작하고 이를 이산화탄소 센서로 사용하면 약 250 ppm까지 이산화탄소 의 농도를 측정할 수 있었다.[참고문헌 43]
5.2 적외선-전기 변환을 이용한 적외선 포토 디텍터
띠내전이의 영역이 중적외선 영역에서 전자전이를 가지 기 때문에 자가 도핑된 양자점은 중적외선 포토 디텍터의 적외선 감응소재로도 사용이 되었으며 [그림 8]과 같은 응용연구가 가능하게 되었다.[참고문헌 31, 34, 38, 39, 43–46]
띠내전이의 흡수도는 자가 도핑된 정도와 전자준위의 밀 도에 따라서 그 흡수도 세기가 달라지며 띠틈전이와 다른 큰 특징으로는 그림과 같이 흡수픽의 형태가 가우시안 분포 선 전체를 보여준다는 것이다. 참고로 일반적으로 띠틈전이 는 근처에 위치한 띠간전이 때문에 가우시안 분포선의 부분 스펙트럼만 보인다. [그림 8]은 적외선 흡수를 광전변환을 통해 적외선 광전류 스펙트럼으로 나타낸 결과이다.[참고문헌 34, 47]
결론
양자점은 주로 띠틈전이를 변화시키며 목적에 맞는 연구를 진행해 왔다. 그러나 양자점은 단지 띠틈전이만 있는 것 이 아니라 띠내전이도 있으며 이는 양자점의 양자화된 성 질을 극대화하는 전자전이가 될 수 있다. 본 총설에서는 양자점의 띠내전이 연구의 시작과 간략한 흐름에 대해서 소 개하였다. 앞으로도 양자점의 띠간전이와 띠내전이 사이의 변환 등의 선택적 전자전이 연구와 띠내전이와 주변 유무 기 분자들과의 상호 작용 연구, 양자점 띠내전이를 통한 전하전달 현상 및 띠틈전이와 띠내전이의 오제현상 등 다양한 접근을 통한 통합적 연구들이 더욱 활발하게 진행될 것으로 기대한다.
참고문헌
1. Rama Krishna, M. V.; Friesner, R. A. “Quantum Confinement Effects in Semiconductor Clusters.” J. Chem. Phys. 1991, 95, 8309–8322.
Moon, H.; Lee, C.; Lee, W.; Kim, J.; Chae, H. “Stability of Quantum Dots, Quantum Dot Films, and Quantum Dot Light-Emitting Diodes for Display Applications.” Adv. Mater. 2019, 31, 1804294.
Carey, G. H.; Abdelhady, A. L.; Ning, Z.; Thon, S. M.; Bakr, O. M.; Sargent, E. H. “Colloidal Quantum Dot Solar Cells.” Chem. Rev. 2015, 115, 12732–12763.
Itsuno, A. M.; Phillips, J. D.; Velicu, S. “Mid-Wave Infrared HgCdTe nBn Photodetector.” Appl. Phys. Lett. 2012, 100 , 161102.
Sharabani, Y.; Paltiel, Y.; Sher, A.; Raizman, A.; Zussman, A. “InAsSb∕GaSb Heterostructure Based Mid-Wavelength-Infrared Detector for High Temperature Operation.” Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 232106.
Kovalenko, M. V.; Kaufmann, E.; Pachinger, D.; Roither, J.; Huber, M.; Stangl, J.; Hesser, G.; Sch.ffler, F.; Heiss, W. “Colloidal HgTe Nanocrystals with Widely Tunable Narrow Band Gap Energies: From Telecommunications to Molecular Vibrations.” J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3516–3517.
Schwanninger, R.; Koepfli, S. M.; Yarema, O.; Dorodnyy, A.; Yarema, M.; Moser, A.; Nashashibi, S.; Fedoryshyn, Y.; Wood, V.; Leuthold, J. “Highly Responsive Mid-Infrared Metamaterial Enhanced Heterostructure Photodetector Formed out of Sintered PbSe/PbS Colloidal Quantum Dots.” ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10847–10857.
Goldstein, L.; Glas, F.; Marzin, J. Y.; Charasse, M. N.; Le Roux, G.“Growth by Molecular Beam Epitaxy and Characterization of InAs/GaAs Strained-Layer Superlattices.” Appl. Phys. Lett. 1985, 47, 1099–1101.
Murray, C. B.; Norris, D. J.; Bawendi, M. G. “Synthesis and Characterization of Nearly Monodisperse CdE (E = Sulfur, Selenium, Tellurium) Semiconductor Nanocrystallites.” J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706–8715.
Brus, L. “Zero-Dimensional “Excitons” in Semiconductor Clusters.” IEEE J. Quantum Electron. 1986, 22, 1909–1914.
Htoon, H.; Furis, M.; Crooker, S. A.; Jeong, S.; Klimov, V. I. “Linearly Polarized ‘Fine Structure’ of the Bright Exciton State in Individual CdSe Nanocrystal Quantum Dots.” Phys. Rev. B 2008, 77, 035328.
Wehrenberg, B. L.; Wang, C.; Guyot-Sionnest, P. “Interband and Intraband Optical Studies of PbSe Colloidal Quantum Dots.” J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10634–10640.
Richard, T.; Lefebvre, P.; Mathieu, H.; All.gre, J. “Effects of Finite Spin-Orbit Splitting on Optical Properties of Spherical Semiconductor Quantum Dots.” Phys. Rev. B 1996, 53, 7287–7298.
Guyot-Sionnest, P.; Shim, M.; Matranga, C.; Hines, M. “Intraband Relaxation in CdSe Quantum Dots.” Phys. Rev. B 1999, 60, R2181–R2184.
Klimov, V. I.; Schwarz, Ch. J.; McBranch, D. W.; Leatherdale, C. A.; Bawendi, M. G. “Ultrafast Dynamics of Inter- and Intraband Transitions in Semiconductor Nanocrystals: Implications for Quantum-Dot Lasers.” Phys. Rev. B 1999, 60, R2177–R2180.
Xu, S.; Mikhailovsky, A. A.; Hollingsworth, J. A.; Klimov, V. I. “Hole Intraband Relaxation in Strongly Confined Quantum Dots: Revisiting the “Phonon Bottleneck” Problem.” Phys. Rev. B 2002, 65, 045319.
Harel, E.; Rupich, S. M.; Schaller, R. D.; Talapin, D. V.; Engel, G. S. “Measurement of Electronic Splitting in PbS Quantum Dots by Two-Dimensional Nonlinear Spectroscopy.” Phys. Rev. B 2012, 86, 075412.
Yang, Y.; Rodr.guez-C.rdoba, W.; Lian, T. “Ultrafast Charge Separation and Recombination Dynamics in Lead Sulfide Quantum Dot–Methylene Blue Complexes Probed by Electron and Hole Intraband Transitions.” J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9246–9249.
Ji, M.; Park, S.; Connor, S. T.; Mokari, T.; Cui, Y.; Gaffney, K. J. “Efficient Multiple Exciton Generation Observed in Colloidal PbSe Quantum Dots with Temporally and Spectrally Resolved Intraband Excitation.” Nano Lett. 2009, 9, 1217–1222.
Knowles, K. E.; McArthur, E. A.; Weiss, E. A. A “Multi-Timescale Map of Radiative and Nonradiative Decay Pathways for Excitons in CdSe Quantum Dots.” ACS Nano 2011, 5 (3), 2026–2035.
Kennehan, E. R.; Doucette, G. S.; Marshall, A. R.; Grieco, C.; Munson, K. T.; Beard, M. C.; Asbury, J. B. “Electron–Phonon Coupling and Resonant Relaxation from 1D and 1P States in PbS Quantum Dots.” ACS Nano 2018, 12(6), 6263–6272.
Guyot-Sionnest, P.; Hines, M. A. “Intraband Transitions in Semiconductor Nanocrystals.” Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 686–688.
Tang, J.; Kemp, K. W.; Hoogland, S.; Jeong, K. S.; Liu, H.; Levina, L.; Furukawa, M.; Wang, X.; Debnath, R.; Cha, D.; Chou, K. W.; Fischer, A.; Amassian, A.; Asbury, J. B.; Sargent, E. H. “Colloidal-Quantum-Dot Photovoltaics Using Atomic-Ligand Passivation.” Nat. Mater 2011, 10 (10), 765–771.
Wang, C.; Shim, M.; Guyot-Sionnest, P. “Electrochromic Nanocrystal Quantum Dots.” Science 2001, 291, 2390–2392.
Wang, C.; Shim, M.; Guyot-Sionnest, P. “Electrochromic Semiconductor Nanocrystal Films.” Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 4–6.
Jarosz, M. V.; Porter, V. J.; Fisher, B. R.; Kastner, M. A.; Bawendi, M. G. “Photoconductivity Studies of Treated CdSe Quantum Dot Films Exhibiting Increased Exciton Ionization Efficiency.” Phys. Rev. B 2004, 70, 195327.
Guyot-Sionnest, P.; Wehrenberg, B.; Yu, D. Intraband Relaxation in CdSe Nanocrystals and the Strong Influence of the Surface Ligands. J. Chem. Phys. 2005, 123, 074709.
Boehme, S. C.; Vanmaekelbergh, D.; Evers, W. H.; Siebbeles, L. D. A.; Houtepen, A. J. In Situ “Spectroelectrochemical Determination of Energy Levels and Energy Level Offsets in Quantum-Dot Heterojunctions.” J. Phys. Chem.C 2016, 120, 5164–5173.
Son, J.; Choi, D.; Park, M.; Kim, J.; Jeong, K. S. “Transformation of Colloidal Quantum Dot: From Intraband Transition to Localized Surface Plasmon Resonance.” Nano Lett. 2020, 20, 4985–4992.
Scimeca, M. R.; Mattu, N.; Paredes, I. J.; Tran, M. N.; Paul, S. J.; Aydil, E. S.; Sahu, A. “Origin of Intraband Optical Transitions in Ag 2 Se Colloidal Quantum Dots.” J. Phys. Chem. C 2021, 125, 17556–17564.
Park, M.; Choi, D.; Choi, Y.; Shin, H.; Jeong, K. S. “Mid-Infrared Intraband Transition of Metal Excess Colloidal Ag 2 Se Nanocrystals.” ACS Photonics 2018, 5, 1907–1911.
Chen, M.; Guyot-Sionnest, P. Reversible “Electrochemistry of Mercury Chalcogenide Colloidal Quantum Dot Films.” ACS Nano 2017, 11, 4165–4173.
Jeong, K. S.; Deng, Z.; Keuleyan, S.; Liu, H.; Guyot-Sionnest, P. “Air-Stable n-Doped Colloidal HgS Quantum Dots.” J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1139–1143.
Deng, Z.; Jeong, K. S.; Guyot-Sionnest, P. “Colloidal Quantum Dots Intraband Photodetectors.” ACS Nano 2014, 8, 11707–11714.
Chen, M.; Hao, Q.; Luo, Y.; Tang, X. “Mid-Infrared Intraband Photodetector via High Carrier Mobility HgSe Colloidal Quantum Dots.” ACS Nano 2022, 16, 11027–11035.
Yang, J.; Hu, H.; Lv, Y.; Yuan, M.; Wang, B.; He, Z.; Chen, S.; Wang, Y.; Hu, Z.; Yu, M.; Zhang, X.; He, J.; Zhang, J.; Liu, H.; Hsu, H.-Y.; Tang, J.; Song, H.; Lan, X. “Ligand-Engineered HgTe Colloidal Quantum Dot Solids for Infrared Photodetectors.” Nano Lett. 2022, 22, 3465–3472.
Sahu, A.; Khare, A.; Deng, D. D.; Norris, D. J. “Quantum Confinement in Silver Selenide Semiconductor Nanocrystals.” Chem. Commun. 2012, 48, 5458.
Choi, D.; Yoon, B.; Kim, D.-K.; Baik, H.; Choi, J.-H.; Jeong, K. S. “Major Electronic Transition Shift from Bandgap to Localized Surface Plasmon Resonance in Cd x Hg 1– x Se Alloy Nanocrystals.” Chem. Mater. 2017, 29, 8548–8554.
Bera, R.; Choi, D.; Jung, Y. S.; Song, H.; Jeong, K. S. “Intraband Transitions of Nanocrystals Transforming from Lead Selenide to Self-Doped Silver Selenide Quantum Dots by Cation Exchange.” J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13,6138–6146.
Franceschetti, A.; Troparevsky. “Radiative Recombination of Triexcitons in CdSe Colloidal Quantum Dots.”J. Phys. Chem. C 2007, 111, 6154–6157.
Melnychuk, C.; Guyot-Sionnest, P. “Auger Suppression in N-Type HgSe Colloidal Quantum Dots.” ACS Nano 2019, 13, 10512–10519.
Lim, J.; Choi, Y. C.; Choi, D.; Chang, I.-Y.; Hyeon-Deuk, K.; Jeong, K. S.; Kwak, K.; Cho, M. “Ultrafast Intraband Auger Process in Self-Doped Colloidal Quantum Dots.” Matter 2021, 4 (3), 1072–1086.
Choi, D.; Park, M.; Jeong, J.; Shin, H.-B.; Choi, Y. C.; Jeong, K. S. “Multifunctional Self-Doped Nanocrystal Thin-Film Transistor Sensors.” ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 7242–7249.
Kim, J.; Yoon, B.; Kim, J.; Choi, Y.; Kwon, Y.-W.; Park, S. K.; Jeong, K. S. “High Electron Mobility of β-HgS Colloidal Quantum Dots with Doubly Occupied Quantum States.” RSC Adv. 2017, 7, 38166–38170.
Song, H.; Tischenko, Y.; Wasserman, D.; Jeong, K. S. “Quantum Dot Materials for Mid-IR Photodetection: Opinion.” Opt. Mater. Express 2023, 13, 1328.
An, M. N.; Eom, S. Y.; Lee, J. H.; Song, H.; Cho, M.; Jeong, K. S. “Room Temperature Synthesis of Self-Doped Silver Selenide Quantum Dots Sensitive to Mid-Infrared Light.” ACS Appl. Nano Mater. 2023, 6, 22488–22495.
Qu, J.; Goubet, N.; Livache, C.; Martinez, B.; Amelot, D.; Gr.boval, C.; Chu, A.; Ramade, J.; Cruguel, H.; Ithurria, S.; Silly, M. G.; Lhuillier, E. “Intraband Mid-Infrared Transitions in Ag2 Se Nanocrystals: Potential and Limitations for Hg-Free Low-Cost Photodetection.” J. Phys. Chem. C 2018, 122, 18161–18167.
정 광 섭 Kwang Seob Jeong
고려대학교, 화학과, 학사(2000년 3월 - 2007년 2월)
The Pennsylvania State University, USA, 화학과, 박사(2008년 8월 - 2013년 7월, 지도교수 : John Asbury)
The University of Chicago, USA, 박사 후 연구원(2013년 8월 - 2015년 7월, 지도교수 : Philippe Guyot-Sionnest)
고려대학교, 화학과, 조교수(2015년 9월 - 2019년 8월)
고려대학교, 화학과, 부교수(2019년 9월 - 현재)