나노스크롤 구조를 이용한 WS₂의 이차조화파 발생 제어
Manipulating Second Harmonic Generation in WS₂ via Nanoscroll Structures
- 주제(키워드) 나노스크롤 , 이차조화파 발생 , 전이 금속 디칼코게나이드 , WS₂ , TMDs
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이재웅
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035171
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 2차원 전이금속 디칼코게나이드(Transition Metal Dichalcogenide, TMDs) 물질인 이황화텅스텐(WS₂)의 나노스크롤 (nanoscroll) 구조를 제작하고, 그에 따른 비선형 광학 응답 특성, 특히 이차조화파(Second Harmonic Generation, SHG)의 향상 메커니즘을 체계 적으로 분석하였다. 나노스크롤은 단층 WS₂를 곡률을 가지도록 말아 올 린 1차원형 구조로, 구조적 곡률과 비중심 대칭성의 도입, 그리고 다층 적층에 따른 상호작용 변화로 인해 기존 단층 대비 SHG 강도가 최대 70배 이상 향상되었음을 확인하였다. 또한, SHG 측정은 1100 nm부터 1640 nm까지의 광대역 파장 영역에서 수행되었으며 특히 광통신에서 활 용되는 C-band(1530–1565 nm) 및 L-band(1565–1625 nm) 대역에서도 강 한 SHG 응답이 유지되어 차세대 광통신용 비선형 광소자로의 응용 가능 성을 제시하였다. 아울러 암시야 현미경(Dark-Field Microscopy, DFM) 분 석을 통해 상대적인 두께에 따른 SHG 강도 변화를 추정한 결과, 스크롤 의 두께(적층 층 수)가 증가할수록 SHG가 거의 선형적으로 증가하는 경 향이 관찰되었고 이는 내부 층간 상호작용, 비선형 분극 응답 및 곡률 기반 비대칭성의 누적 효과에 기인한 것으로 해석된다. 열처리를 통해 스크롤 내부의 층간 간격을 조절한 결과, 광발광(PL)은 감소하고 SHG는 증가하여 스크롤 구조의 광학적 결합 상태가 비선형성에 결정적인 영향 을 미침을 확인하였다. 더 나아가 나노스크롤의 위치, 두께 및 방향까지 제어가능한 새로운 나노스크롤 구조 제작 방법을 제안하였다.
more목차
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 전이 금속 디칼코게나이드 3
제 3 절 이차조화파 발생 6
제 2 장 실험 방법 13
제 1 절 WS₂ 나노스크롤 시료 제작 13
1. 단층 WS₂ 제작 13
2. WS₂ 의 나노스크롤 구조 제작 15
제 2 절 원자 힘 현미경(Atomic force microscopy) 측정과 암시야 현미경(Dark-field microscopy) 측정 19
제 3 절 WS₂ 나노스크롤 구조의 비선형 광신호 측정 22
1. 이차조화파 발생 측정 22
제 3 장 실험 결과 24
제 1 절 나노스크롤 구조 내부 층간 상호작용 24
제 2 절 나노스크롤 구조의 이차조화파 발생(SHG) 27
1. 스크롤 말림 방향에 따른 SHG 특성 변화 29
2. 광대역 파장 대역에서 SHG 측정 32
3. 스크롤 두께와 SHG 향상 관계 38
제 4 장 결론 40
참고문헌 42
영문 요약 47
