2023 노벨화학상의 '양자점'…"QLED TV 탄생 공신·의료 활용 가능성"

[사진=스웨덴 왕립과학원]

올해 노벨화학상 시상을 통해 물질의 크기가 새로운 특성을 보여줄 가능성이 있다는 것을 발견했으며 이를 일상으로 가져올 수 있게 됐다.

4일 화학계에 따르면 일상생활에서 접하는 물질 크기에서는 고전적 화학 특성이 나타나지만, 나노 크기로 줄어들면 이들로는 설명할 수 없는 양자 현상이 발생한다.

이런 양자 현상은 물질의 크기에 따라 달라지는데, 이를 이용하면 크기를 조절하는 것만으로 양자적 특성을 활용할 수 있게 된다.

수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기로 원자 수천개가 모인 반도체 물질인 양자점은 고대 이집트에서 유리 세공에 이를 경험적으로 활용해 색을 내기도 할 정도로 역사가 깊다.

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올해 노벨 화학상 수상자로 선정된 이들은 알렉세이 예키모프, 루이스 브루스, 문지 바웬디 3인이다. 

과학자들은 1930년대부터 이론적으로 양자점이 특이한 특성을 가질 수 있다는 것을 이미 알고 있었지만, 당시 나노 구조를 만드는 기술로는 이런 특성을 연구하기 어려웠다.

이 가운데 에키모프는 1980년대 반도체를 도핑한 유리의 색상을 연구하다 유리 속 나노 크기 결정이 색상에 영향을 미친다는 것을 발견했다.

브루스는 유체에서 떠다니는 입자 크기에 따른 양자 효과를 관찰해 입증하는 데 성공했다. 브루스의 제자인 바웬디는 1993년 기름과 계면활성제를 이용해 기존 합성법의 낮은 생산성을 극복하는 새 합성법을 개발해 양자점 생산과 수율 혁명을 일으켰다.

바웬디의 제자 김성지 포스텍 교수는 "이렇게 만들어진 양자점은 내부 결함이 아주 작다"며 "이전 양자점은 결함이 많아 빛 방출이 크기에 따라 나타나지 않고 결함에 의해 결정됐는데 바웬디의 합성법으로 크기별로 밝은 빛을 내는 양자점을 합성할 수 있게 됐다"고 설명했다. 

한편 삼성전자 등이 개발한 양자점발광다이오드(QLED) TV는 하나의 재료로도 크기를 다르게 해 여러 색을 낼 수 있는 양자점의 특성을 응용한 예다.