초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구 목표는 저차원 나노 물질의 표면에서 생기는 전자들의 집단 들뜸 현상, 즉 플라즈몬을 양자 다체계 이론과 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하여 플라즈모닉스에 응용하는 기초를 확립하는데 있다. 이 목표을 달성하기 위해 다음과 같은 연구를 시행한다.

● Weyl semimetal 의 전자-전자 상호 작용을 고려한 스크리닝 함수 계산

● 이 함수를 이용한 Weyl semimetal의 플라즈몬 연구

● 이차원 물질의 층 수 및 위상 부도체 두께 의존도

● 플

연구의 목적 및 내용
본 연구 목표는 저차원 나노 물질의 표면에서 생기는 전자들의 집단 들뜸 현상, 즉 플라즈몬을 양자 다체계 이론과 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하여 플라즈모닉스에 응용하는 기초를 확립하는데 있다. 이 목표을 달성하기 위해 다음과 같은 연구를 시행한다.

● Weyl semimetal 의 전자-전자 상호 작용을 고려한 스크리닝 함수 계산

● 이 함수를 이용한 Weyl semimetal의 플라즈몬 연구

● 이차원 물질의 층 수 및 위상 부도체 두께 의존도

● 플라즈몬의 구조, 크기 의존도

● 결함제어 플라즈몬과 전자기파의 결속력을 향상시키기 위해 표면나노물질 풀라즈몬 감쇠 원리 연구.

● DFT-LDA 시뮬레이션 결과를 근거로한 원자크기 수준에서 표면 플라즈몬의 실험적 연구 제안

● 플라즈몬 발현 연구 그래핀, 그래핀 기반 표면 나노물질 및 위상 부도체에서 표면 플라즈몬을 효율적으로 발현하기 위하여 NSOM 및 STM을 기반으로 한 소재 및 구조 연구

● 그래핀등 이차원 물질과 이종물질결합 효과 그래핀-이종 물질 간 적층/접합 구조에서 플라즈몬 연구

● 차원융합 효과 보다 다양한 형태의 플라즈몬 에너지를 얻기 위해, 2차원-2차원 및 1차원-2차원 계면에서의 플라즈몬 연구

● 플라즈몬 제어 연구 표면 나노물질의 이종 접합 계면 혹은 나노 구조에서 플라즈몬과 전자기파간의 결합에 대한 광학 STM 및 NSOM 기반 측정 연구

● 전자기파-플라즈몬 결합원리 플라즈모닉스 응용에 있어 중요한 플라즈몬과 전자기파의 결합을 이론적으로 분석

연구결과
본과제와 관련하여 도출된 결과를 Advanced Materials, Scientific Reports, Physical Review B 등 국제 SCI 학술지에 15 편의 논문을 게재하였다

양자 무작위 위상 근사로 Dirac (Weyl) chiral semimetals 의 유전함수를 계산

양자 무작위 위상 근사는 전자 수송에도 영향을 주기 때문에, 이 현상을 이용하여 전하전송도를 크게 향상시킬 수 있는 이론 결과 발표

Dirac 물질 (즉, 에너지 갭이 없는 electron-hole system)의 전하 수송에 응용

THz 영역에서 빛의 흡수도가 가해진 전압과 전자밀도에 어떻게 변하는지를 양자 다체계 이론을 이용하여 계산하였고 이 결과를 이용하여 그래핀 변조기를 제작
구조, 크기 의존도 다양한 구조 및 크기의 표면나노물질에서 플라즈몬의 이론적 분석
그래핀-이종 물질 간 적층/접합 구조에서 플라즈몬 연구
차원융합 효과 다양한 형태의 플라즈몬 에너지를 얻기 위해, 2차원-2차원 및 1차원-2차원 계면에서의 플라즈몬 연구
결함제어-플라즈몬과 전자기파의 결속력을 향상시키기 위해 표면나노물질 풀라즈몬 감쇠원리 연구.
플라즈모닉스 응용에 있어 중요한 플라즈몬과 전자기파의 결합을 이론적 규명

연구결과의 활용계획
저차원 나노 물질에서 결함 및 스크리닝의 온도변화로 나타나는 도체
-부도체 위상전이 현상은 결함이 아주 작은 이차원 물질에서 흥미로운 실험을 이 논문에서 규명한 이론을 근간으로 실행할 수 있을 것으로 기대된다.

나노물질의 subband 간 플라즈몬을 이용해 photo-detector, 비선형 광학 소자, 혹은 레이저 등으로 이용
-표면나노물질의 플라즈몬을 기반으로 하는 새로운 메타 물질 개발 -표면나노물질 플라즈모닉스를 응용한 LED, 태양전지, 광검출기 등 실용적인 광전자 소자의 효율향상

-나노표면물질의 플라즈몬 이용한 새로운 소자 기술 개발을 통해, 미래 소자에서 요구되는 저전력, 고집적, 초고속 및 유연성 특성에 상응하는 원천 기술을 보급하고, 관련 기술 인력 양성 및 원천 특허의 확보를 통한 국가 경쟁력 강화

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
- Study theoretically plasmons of the surface nano-materials (Weyl semimetal, graphene, topological insulator, and transition metal dichalcogenide) by using quantum many-body theory and computer simulation.

- To understand the mechanism for the coupling of the plasmons to

Purpose&contents
- Study theoretically plasmons of the surface nano-materials (Weyl semimetal, graphene, topological insulator, and transition metal dichalcogenide) by using quantum many-body theory and computer simulation.

- To understand the mechanism for the coupling of the plasmons to light.

- In the nanomaterials with exposed surface the coupling of light to the plasmon can be maximized and the plasmon energy can be easily tuned, which makes the nanomaterials be the best candidate for application to plasmonics.

Result
Calculation of plasmons in low-dimensional nanomaterials (Weyl semi-metal and graphene, topological insulator, etc.)
1. Layer dependence of plasmon energy (graphene and 2MDs) and thickness dependence (topological insulator)

2. Theoretical analysis of surface plasmon in nanomaterials with various structure

3. For innovative graphene plasmonics applications, study of graphene in the heterostructures

4. To obtain various types of plasmon energy, combine different dimensional materials (2D-2D, 1D-2D, etc.)

5. To reduce the damping of plasmon, control defects in nanomaterials

6. Study of coupling mechanism of plasmon to electromagnetic waves for plasmonics application

1.The calculated Thz plasmons as a function of the applied voltage and the charge density can be applied to the modulators.

2. The first calculation of plasmon modes in the twisted bilayer graphene

3. Calculation of the plasmon modes in the hybrid of graphene and MoS2. The modes can be applied to the innovative palsmonic devices.

4. Calculation of plasmon modes and electron transport in the Weyl semimetals which have been attracted a lot of interest.

Expected Contribution
Application to photodetectors, non-linear optical devices, and laser with inter-subband plaasmons in the nanomaterials

- Development of new metamaterials based on the plasmon-polariton modes

- Enhancement of device performance in plasmonic devices (LED, solar cells, photodetectors)

- Through the development of new device technologies using surface plasmon in nano-materials, develop the low power, high density, high speed, and flexible plasmonic devices required for future devices and related technologies, and strengthen competitiveness by securing patents of plasmonics devices.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 20
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 20
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
• 8. 참고문헌 ... 21
• 9. 연구성과 ... 23
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 26
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 26
• 12. 기타사항 ... 26
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 27
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 35
• 끝페이지 ... 46