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이화여대 화학·나노과학과 박소정 교수 연구팀이 자기장을 이용해 나노입자의 배열과 광학 특성을 실시간으로 조절할 수 있는 '자성 플라즈모닉 나노입자(Magnetically controllable plasmonic nanoparticles)'를 개발했다.

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금속 나노입자는 입자의 크기, 모양, 배열 구조에 따라 고유한 빛 반응을 보여 차세대 광학 소재의 핵심으로 주목받아 왔다. 그러나 기존 기술은 입자의 방향이나 배열을 바꾸기 위해서는 고정된 패턴 제작이 필요해 실시간으로 자유롭게 조절하기 어려웠다.

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이에 박 교수는 '자성 플라즈모닉 나노입자'라는 새로운 소재를 개발했다. 이는 비등방성 금 나노입자를 중심에 두고 그 주위를 자석 성질을 가진 산화철(FexOy)로 감싼 하이브리드 구조다.

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연구팀은 해당 나노입자에 자기장을 가해 직선 또는 나선형으로 배열과 방향성을 제어하는 데 성공했다. 또한 빛의 투과 색상 변화를 결정짓는 복굴절, 편광에 따른 선택적 공명, 나선형 배열을 통한 강력한 거대 키랄 광학 신호를 구현했다.

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이번 연구에서 달성한 광학 비대칭도(g-factor) 0.21은 현재까지 보고된 유사 연구 중 세계 최고 수준으로, 빛의 3차원적 제어 가능성을 보여준다. 해당 기술은 차세대 디스플레이, 고성능 센서 및 대용량 정보 저장 장치 개발 분야에 혁신을 가져오는데 기여할 것으로 기대된다.

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박 교수는 "이번 연구는 나노입자의 광학 특성을 높은 자유도로 제어할 수 있는 플랫폼을 제시했다는 데 의의가 있다"고 설명했다.

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한편 이번 연구 논문은 세계적 권위의 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 1일 게재됐다.