초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 기존 시간의존밀도함수이론(time-dependent density functional theory, TDDFT)기반 전자동역학계산 프로그램의 적용범위를 확장시킬 수 있게 프로그램을 개발하고, 이를 광전소자 물질에 적용하여 다양한 여기상태 현상을 연구한다. 세부적으로, 프로그램 개발에서는 전자동역학 프로그램의 분석 가능한 시간영역을 기존 팸토초 영역에서 피코초 영역으로 확장시키고, 이를 비발광 재결합, 물질 열화 현상 등의 다양한 여기현상에 적용하여 미시적 원자/분자 단위의 원인을 규명하며, 이를 바탕

□ 연구개요
본 연구에서는 기존 시간의존밀도함수이론(time-dependent density functional theory, TDDFT)기반 전자동역학계산 프로그램의 적용범위를 확장시킬 수 있게 프로그램을 개발하고, 이를 광전소자 물질에 적용하여 다양한 여기상태 현상을 연구한다. 세부적으로, 프로그램 개발에서는 전자동역학 프로그램의 분석 가능한 시간영역을 기존 팸토초 영역에서 피코초 영역으로 확장시키고, 이를 비발광 재결합, 물질 열화 현상 등의 다양한 여기현상에 적용하여 미시적 원자/분자 단위의 원인을 규명하며, 이를 바탕으로 소자 단위 작동 모델을 제시하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
∎ TDDFT 기반 제일원리 전자동역학 계산 프로그램 개발
a. realtime-TDDFT 프로그램 병렬화와 알고리즘 최적화를 통해, 계산 속도를 10배 이상 향상 시켰고, 이로부터 TDDFT계산을 수 피코초까지 가능하게 만듬.
b. constrained DFT 프로그램 계산방법 개발과 최적화를 통해, 피코초 영역에서 나타나는 전기적 준평형 여기상태 분석을 가능하게 만듬.
c. realtime-TDDFT – constrained DFT 두 계산을 연결한 하이브리드 계산 방법을 개발하였으며, 이로부터 두 프로그램이 적용되는 다른 시간영역들에 대해 연속적 분석을 가능하게 만듬.
d. 현재 realtime-TDDFT 프로그램이 지원하지 못하는 전자 correlation과 spin 효과에 대한 계산 방법을 분석하였고, 향후 적용 계획을 확립함.
∎ 개발된 전자 동역학 계산 프로그램 적용
a. 전기적 바닥상태가 아닌 여기상태에서 발현되는 반도체 물질의 비열적 구조변화 현상에서 여기전자 동역학에 의한 구조변화 메커니즘을 규명함.
b. 반도체 내 여기전자에 의한 결함구조 변화분석으로부터, 전자의 새로운 비발광 재결합 메커니즘을 규명하였고, 소자특성을 저하시키는 과정 분석함.
c. 앞선 연구에서 발견한 소자 성능 저하 메커니즘을 OLED물질의 열화 현상에 적용하여 전자의 비발광 재결합과 여기전자에 의한 소재 열화과정을 분석함.
d. 기존에 분석하지 못했던 원자/분자 단위에서 일어나는 여기상태 현상들에 대한 해석 결과로부터 더 큰 스케일, 즉 실험결과와 직접 비교분석이 가능한 소자 단위 분석 모델을 제시함.

□ 연구개발결과의 중요성
물질 내 전자의 여기상태는 자연현상뿐만 아니라 다양한 응용연구들에서 쉽게 찾아볼 수 있으며, 여기상태에 대한 이해는 여러 응용연구들에 중요한 정보를 제공한다. 하지만, 아직까지 여기상태 그리고 여기상태 동역학에 대한 학문적 이해가 많이 부족한 실정이다. 본 연구에서 개발한 제일원리 전자 동역학 계산 프로그램은 기존의 방법들에서 분석할 수 없었던 새로운 연구결과를 제시하며 물질에 대한, 특히 여기 상태 현상에 대한 근본적인 이해와 새로운 원리를 발견하는데 기여할 것이다.
이와 함께 개발한 프로그램을 적용하여 광전소자 물질에서 발생되는 중요한 여기상태 현상들에 대한 연구결과를 제공하였다. 광전소자 효율 저하의 주된 원인인 비발광 재결합에 대한 새로운 메커니즘을 규명하였으며, 소자 동작 조건 (즉, 전기적 여기상태)에서 일어날 수 있는 물질 변성과정과 이로부터 소재 열화 현상에 대한 정확한 이해를 할 수 있었다. 이러한 효율과 열화 문제에 대한 메커니즘을 정확히 밝힘으로써 태양전지, 발광소자, 디스플레이 등의 다양한 응용 소자 성능을 향상시키는데 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) TDDFT 기반 제일원리 전자 동역학 계산 프로그램 개발 ... 5
• 2) 개발 프로그램 적용 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 32