출처 : http://focus.aps.org/story/v14/st8 

 

물리학자들은 최근에 작은 튜브 형태의 탄소 분자에 전기를 흐르게 할 때 빛이 발생

한다는 것은 발견하였다. 그리고 같은 팀의 연구원들이 빛이 발생하는 정확한 위치

에 대한 영상을 잡았고, 심지어는 인가된 전압을 변화시켜서 빛이 발생하는 위치를 

3 나노미터 너비의 분자를 따라 앞뒤로 움직였다. ‘Physical Review Letter'' 8월 13

일자 논문에 나타난 것처럼, 이 효과는 앞으로 분자 전자회로의 기본 단위로 사용될 

나노튜브의 내부 동작을 연구하는 새로운 도구를 제공한다.

 

실리콘같은 다른 반도체와 마찬가지로, 음전하를 띤 전자가 한 방향으로 흐르거나 

혹은 전자가 비어 남겨진 양전하를 띤 ‘홀’이 다른 방향으로 흐를 때, 나노튜브에 전

류가 흐른다. 소스 (source)와 드레인 (drain)이라 불리는 두 전극 사이를 나노튜브

로 연결하면, 전류의 유형 (전자 혹은 홀)은 나노튜브 아래에 얇은 절연체로 분리되

어 놓인 세 번째 전극, 게이트 (gate)에 인가된 전압에 따라 달라진다. 그리고 게이

트 전압이 특정한 값이 되면, 같은 수의 전자와 홀이 동시에 반대 방향으로 나노튜브

를 흐를 수 있다. 뉴욕 요크타운 언덕에 있는 IBM의 왓슨 (T. J. Watson) 연구소의 

패던 아보리스 (Phaedon Avouris) 박사와 그의 팀이 지난해에 보인 것처럼, 이들이 

좁은 채널에서 충돌하면, 전자는 홀과 결합하여 적외선 빛을 낸다.

 

이제 아보리스 박사, IBM의 마크스 프라잇태그 (Marcus Freitag) 박사 그리고 그들

의 동료들은 게이트가 전자와 홀의 수를 제어할 뿐만 아니라 전자와 홀이 충돌하는 

위치도 제어한다는 것을 발견하였다. 과학자들은 50 마이크로미터 길이의 나노튜브

에 있는 게이트 전압을 -40 볼트에서 0 볼트 그리고 다시 뒤로 변화시켰다. 현미경

과 적외선 카메라를 사용하여, 그들은 전압이 증가할 때, 드레인 근처에 있는 밝은 

점이 튜브를 따라 소스로 움직이다가 사라지는 것을 관측하였다. 게이트 전압이 0 볼

트에서 줄어들 때, 소스 근처에서 다시 밝은 점이 나타나서 반대 방향으로 움직였다.

 

전자와 홀은 기어 돌아다니는 안개처럼 길고 좁은 나노튜브에 확산되기 때문에, 이 

점은 조절될 수 있다. 전자와 홀 구름이 튜브의 한 쪽 끝에서부터 얼마나 퍼져있는

가 하는 것은 정확한 게이트 전압에 달려있다. 게이트 전압이 낮으면, 홀 구름이 전

자보다 나노튜브를 가로질러 훨씬 더 멀리 도달하고 이 둘은 드레인 근처에서 만난

다. 전압이 증가하면, 이 전자와 홀이 만나 빛을 내고 소멸되는 충돌지점은 소스를 

향해 움직인다.

 

텍사스주 휴스턴의 라이스 대학교 물리화학자인 브루스 와니즈만 (Bruce 

Weisman) 박사는 “이것은 매우 우아합니다.”고 하였다. 테네시주 나쉬빌레의 반데

르빌트 (Vanderbilt) 대학교의 토비아스 허텔 (Tobias Hertel)박사는“이것은 이런 나

노튜브 장치의 전도 현상을 연구하는데 강력한 새로운 도구입니다.”라고 하면서 홀

과 전자가 충돌하는 밝은 점이 매우 강력한 전기장으로 퍼질 수 있다고 하였다. 그래

서 나노튜브에 있는 결함과 불순물을 지나게 밝은 점을 움직임으로써 이들 주위의 

전자분포에 대해 연구할 수 있을 것이라고 하였다.

 

* 그림) 전압이 변함에 따라 나노튜브에서 발생하는 빛의 위치가 변하는 모습.

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