차세대 에너지 생산 시스템 개발 위한 실마리 제공
국내 연구진이 햇빛을 이용해 물에서 차세대 에너지원인 수소를 대량 생산할 수 있는 신개념 에너지 생산 기술 개발에 성공했다.
국내 연구진은 에너지 수준이 낮지만 햇빛의 대부분(약 44.4%)을 차지하는 가시광을 이용해 물에서 기존 방식보다 74배나 더 많은 수소를 생산하는데 성공했으며, 그 원리를 과학적으로 밝히고 실험으로 증명했다.
이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하는 글로벌프런티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수 교수)의 지원으로 서울대 이종협 교수팀이 수행하였다. 연구 결과는 독일에서 발간하는 세계적 권위의 학술지인 ‘앙게반테 케미’(Angewandte chemie)에 8월 28일(목) 온라인 게재 되었으며 혁신적인 연구결과와 태양광에너지 전환분야의 파급효과를 인정받아 가장 주목받는 논문인 ‘핫페이퍼(Hot Paper)’로도 뽑혔다.
※ 논문명 : Hot-Electron-Transfer Enhancement for the Efficient Energy Conversion of Visible Light
※ 연구팀 : 유성주 (제1저자, 서울대), 이종협 교수 (교신저자, 서울대)
환경오염과 지구온난화로 인해 최근 청정에너지인 수소와 태양에너지에 대한 관심이 증대되고 있는 상황에서 햇빛을 활용하여 물에서 수소를 생산하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
지금까지 대부분의 연구는 태양광 중 극히 일부(4%)를 차지하지만 빛의 세기가 큰 자외선을 이용하여 수소를 생산하는데 치중하였다. 그러나 자외선 양이 극히 적어 수소 생산의 원천적 한계에 부딪히면서 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용하여 대량의 수소를 생산할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
금 나노입자는 에너지 수준이 낮은 가시광을 흡수하여 열전자를 발생시켜 가시광을 활용한 수소 생산이 가능하나, 대부분의 열전자들이 초고속(1000조분의 1초 수준)으로 붕괴되어 사라지기 때문에 금 나노입자를 활용한 수소 생산 효율 및 실용성이 매우 저조한 실정이다.
연구진은 금 입자에 2개의 나노소재를 붙인 3성분계 나노구조체를 개발하여 금 입자에서 발생한 열전자의 수명을 획기적으로 향상시킴으로써 기존의 금 나노입자 촉매에 비해 무려 74배 많은 양의 수소를 생산했다.
특히 새롭게 개발된 나노구조체는 물에서 수소 대신 전기에너지도 친환경적으로 얻을 수 있기 때문에 태양광에너지 전환분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 평가받고 있다.
이종협 교수는 “이번 연구결과는 기존의 에너지 생산 시스템을 혁신하여 청정에너지기반 산업에 기여할 수 있을 것으로 기대될 뿐만 아니라, 향후 이 기술의 시스템화와 함께 에너지저장기술이 더 발전되면 외부로부터 전기나 연료주입 없이, 가전기기나 더 나아가 자동차도 물만으로 작동 시킬 수 있을 것”이라고 전망했다.
연 구 결 과 개 요
Hot electron transfer enhancement for the efficient energy conversion of visible light
Sungju Yu, Yong Hwa Kim, Su Young Lee, Hyeon Don Song, Jongheop Yi
(Angewandte Chemie International Edition, 게재 확정)
1. 연구 내용
금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)현상은 국소적으로 매우 강한 전기장을 발생시키고 태양광 전환기술에 다음의 몇 가지 장점들을 제공한다.
(1) 플라즈몬 나노입자는 반도체와의 결합을 통해 플라즈몬 공명 에너지 전달(plasmon resonance energy transfer, PRET) 또는 열전자 전달(hot electron transfer) 메커니즘을 통해 가시광 흡수를 돕는다. (2) 광자의 침투 깊이를 소수 운반체의 확산길이 이내로 변화시켜 전자−정공 쌍의 재결합 속도를 낮춘다. 그러나 펨토초 수준의 초고속 전자−전자, 전자−광자 산란에 의한 낮은 에너지 수준으로의 플라즈몬 유도 열전자의 붕괴현상 때문에 현재까지 금속 나노입자의 표면 플라즈몬 공명현상을 이용한 광효율은 매우 저조한 단계이다.
이 연구에서는 금(Au) 나노입자와 황화카드뮴(CdS) 양자점의 강한 짝지음(coupling)을 통해 플라즈몬 유도 열전자 분리를 강화시켰고, 고성능 전자필터로서 페로브스카이트 구조의 스트론튬 티타네이트(SrTiO3)와 나노입자 수준에서의 결합을 통해 표면 활성점으로의 효율적인 열전자 전달이 가능한 새로운 에너지 연속단계(cascade)를 설계하였다. SrTiO3 나노입자와 Au@CdS 코어-쉘 나노구조가 결합된 플라즈몬 나노구조체는 상온・상압의 액상조건에서 쉽게 합성되었으며, 고해상도 주사 투과 전자현미경 및 에너지 분산형 X선 측정기를 이용한 2차원 원소맵핑으로 3성분계의 구조가 증명되었다. 설계된 나노구조체는 여러 가지 가시광 파장에서 대량의 수소와 전자를 생산하였고, 향상된 결과는 다음의 세 가지 특성의 상승효과 때문으로 밝혀졌다.
(1) Au@CdS 코어-쉘 구조가 펨토초 수준의 열전자 재결합을 획기적으로 낮춰주어 가시광 영역에서 더 많은 전자−정공 쌍을 생성시켰다.
(2) Au 나노입자와 SrTiO3의 쇼트키 접합은 띠굽음 현상을 유도하였으며, 열전자 분리를 쉽게 하였다.
(3) 전자이동도가 높은 페로브스카이트 구조의 SrTiO3는 고성능 전자필터로서의 역할을 하였으며, 전도대의 최저점이 표준수소전극포텐셜 보다 열역학적으로 ~0.8 eV 높기 때문에 표면수소생성반응을 유리하게 하였다. 특히, 405 nm 와 500 nm 파장의 펄스 레이저를 이용한 시분해능 광자발광 분석을 통해 나노구조체에서의 새로운 열전자 전달경로(CdS→Au→SrTiO3) 및 전자이동속도론을 밝혔다.
2. 연구 결과
(1) 3성분계로 이루어진 플라즈모닉 코어-쉘 나노구조체: 그림 1a는 SrTiO3 나노입자와 Au@CdS 코어-쉘 구조가 결합된 플라즈몬 나노구조체의 화학적 합성과정을 보여준다. 먼저 음전하를 띠는 Au의 전구체를 SrTiO3 나노입자 표면에 쉽게 흡착시켜 주기 위해 SrTiO3 나노입자의 표면이 양전하를 갖도록 수용액의 pH를 4로 맞춘다. SrTiO3 표면과의 전하차이로 인해 흡착된 AuCl4- 음이온을 강력한 환원제인 NaBH4를 이용하여 SrTiO3 표면 위에 Au 나노입자로 환원 및 증착시킨다. 그 다음으로 Au@CdS 코어-쉘을 형성시키기 위하여 Au과 친화력이 강한 황(S)을 수용액에 고르게 분산시켜 Au 나노입자에 흡착시킨다. 마지막으로 자외선을 조사해줌으로써 SrTiO3에서 발생한 전자들에 의해 흡착된 S를 S2- 음이온으로 환원시키고, 동시에 수용액 상에 존재하는 Cd2+ 양이온과 반응하여 CdS 쉘을 형성시킨다. 완성된 3성분계 나노구조체는 HAADF-STEM 분석을 통해 형태 및 조성이 관찰되었다. 그림 1b는 11.5 ± 4.7 nm의 직경을 갖는 Au 코어와 약 4nm의 두께를 갖는 CdS 쉘로 이루어진 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 형태를 보여준다. 그림 1c는 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체를 이루는 각 부분들의 조성을 나타내며, Sr, Ti, O, Cd, S, Au의 성분을 확인하였다. 그림 1d는 Au@CdS 코어-쉘과 SrTiO3 나노입자의 경계면에서 촬영된 HR-TEM 이미지로서 각 나노소재들의 정의된 격자 간격으로부터 개발된 3성분계 나노구조체의 형태 및 조성을 확실시하였다. 또한 강하게 접합된 Au 나노입자와 SrTiO3의 경계면은 국소 표면 플라즈몬 공명에 의해 Au으로부터 생성된 열전자들이 SrTiO3의 전도띠로 이동하는데 중요한 역할을 제공한다.
그림 1. 전자현미경 기술을 이용한 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 형태 및 조성: a) Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 합성 과정. 왼쪽의 첫 번째 그림은 pH 4 수용액에서 양전하를 띠는 SrTiO3 나노입자의 표면 상태를 보여준다. 두 번째 그림은 전하차이로 인해 SrTiO3 표면에 흡착된 AuCl4- 음이온을 강력한 환원제인 NaBH4를 이용하여 Au 나노입자로 환원 및 증착시키는 과정을 보여준다. 세 번째 그림은 Au과 친화력이 강한 황(S)을 Au 나노입자에 흡착시킨 모습을 보여준다. 마지막으로 자외선을 조사해줌으로써 SrTiO3에서 발생한 전자들에 의해 흡착된 S를 S2- 음이온으로 환원시키고, 동시에 수용액 상에 존재하는 Cd2+ 양이온과 반응하여 CdS 쉘을 형성시킨다. b) SrTiO3 나노입자 표면 위에 분산된 Au@CdS 코어-쉘 구조체의 HAADF-STEM 이미지. c) STEM-EDS를 이용한 2차원 원소 맵핑. d) SrTiO3와 Au@CdS 코어-쉘의 경계면에서 촬영된 HR-TEM 이미지.
(2) 가시광 영역에서 물로부터 광촉매적 수소에너지 생산: 수용액에 고체광촉매 미세입자가 분산된 현탁액 상태에서 수소생산 실험이 수행되었다. 400 nm 이상의 파장을 갖는 300 W 제논(Xe) 램프를 광원으로 사용하였다. 그림 2는 여러 가지 광촉매를 사용하였을 때 시간에 따른 수소생산량을 보여준다. 자외선 흡수에 의해서만 전자를 여기 시킬 수 있는 SrTiO3는 가시광 영역에서 전혀 수소를 생산하지 못하였다. 그러나 Au 나노입자가 담지 된 SrTiO3(Au/SrTiO3) 촉매는 0.4 μmol h-1(광효율=0.03%)의 수소생산속도를 보였다. 이는 Au 나노입자에서 여기 된 플라즈몬 유도 열전자가 SrTiO3의 전도띠로 이동하여 수소이온을 환원시켰기 때문이다. 가시광에서 활성이 우수한 CdS 나노입자가 담지 된 CdS/SrTiO3 촉매는 헤테로정션 구조에 의한 전자분리향상 때문에 2.5 μmol h-1(광효율=0.19%)의 수소생산속도를 보였다. 특히, 개발된 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체는 29.1 μmol h-1(광효율=2.21%)의 수소생산속도를 보였고, 이는 다음의 세가지 상승효과에 의한 것으로 밝혀졌다.
(1) Au@CdS 코어-쉘 구조체의 플라즈모닉 광감응(photosensitization)효과가 활성 전자-정공쌍 생산량을 증가시켰다.
(2) Au 나노입자와 SrTiO3 사이에 형성된 쇼트키 접합이 Au에서 SrTiO3의 전도띠로의 생성된 열전자 이동을 쉽게 하였다.
(3) 높은 전자이동도를 갖는 페로브스카이트 구조의 SrTiO3는 Au로부터 주입된 열전자들의 이동을 원활히 하였고, 기존의 대표적 광촉매 물질인 TiO2 보다 우수한 전자 필터 역할을 하였다. 한편, Au 나노입자가 CdS 쉘에 의해 덮여있지 않은 경우 Au 나노입자는 수소생산을 위한 공촉매 역할을 할 수 있다. Au와 CdS 나노입자들이 SrTiO3 표면 위에 단독으로 떨어져 있는 촉매(Au/CdS/SrTiO3)로 비교 실험을 수행한 결과, 5.0 μmol h-1(광효율=0.38%)의 수소생산속도를 보였다. 이는 CdS/SrTiO3 촉매보다 두 배 빠른 속도이고, CdS에서 여기 된 전자들이 SrTiO3의 전도띠로 이동하여 SrTiO3 표면에 위치한 Au 나노입자로 쉽게 이동이 가능해지면서 수소생산을 촉진시켰기 때문이다.
전자의 이동경로를 예측하기 위해 수소발생 공촉매인 백금(Pt) 나노입자를 Au@CdS/SrTiO3 촉매 표면에 선택적으로 담지 시켰다. 공촉매는 광촉매에서 여기 된 전자를 끌어올 수 있는 원동력을 제공하기 때문에 Pt를 CdS와 SrTiO3 표면 위에 각각 위치시킴으로써 지배적인 전자이동경로를 예측할 수 있다. 그 결과, Pt가 SrTiO3 표면에 위치해 있는 촉매(Au@CdS/Pt/SrTiO3)가 163.6 μmol h-1(광효율=12.41%), CdS 표면에 있는 촉매(Pt/Au@CdS/SrTiO3)가 129.4 μmol h-1(광효율=9.81%)을 수소를 생산하였다. 이 결과는 Au@CdS 코어-쉘에서 여기 된 전자들이 나노구조체에 형성된 에너지 연속단계에 의해 CdS보다 SrTiO3 표면으로의 이동방향이 지배적임을 의미한다.
그림 2. 400 nm 파장 이상의 가시광 조사조건에서 시간에 따른 광촉매적 수소 생산량.
(3) 광전기화학 시스템에서의 전자 회수: Au@CdS/SrTiO3 나노구조체에서 여기 된 전자들은 물로부터 수소를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 광전기화학 시스템에서 전기를 직접적으로 생산할 수 있다. 그림 3a는 수소 생산 실험과 동일한 가시광 조사 조건과 외부 포텐셜이 전혀 인가되지 않은 상태에서 대시간전류법(chronoamperometry)에 의해 측정된 시간에 따른 전류를 보여준다. SrTiO3, Au/SrTiO3, CdS/SrTiO3 촉매로 이루어진 광산화전극들은 각각 ~0.8, ~1.2, ~8 μA cm-2의 전류밀도를 나타낸 반면, 개발된 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체로 이루어진 광산화전극은 ~200 μA cm-2까지 크게 증가한 전류밀도를 보였다. 이에 대한 원인은 그림 3b의 전기화학 임피던스 스펙트로스코피(electrochemical impedance spectroscopy, EIS) 분석 결과인 나이키스트 플롯(Nyquist plot)으로 설명이 가능하다. 이 연구에서 사용된 광전기화학 시스템을 나타내는 등가회로를 구성하였고, 그로부터 동역학 변수들을 이끌어내었다. 추출된 동역학 변수들은 표 1에 정리되었고, SrTiO3에 Au@CdS 코어-쉘이 형성된 후 전하이동저항이 87.7 kΩ에서 5.3 kΩ으로 1/16 가량 줄었다. 따라서 개발된 3성분계 나노구조체의 크게 줄어든 전하이동저항으로 인해 가시광 영역에서 뛰어난 광전류를 보였음을 알 수 있다.
그림 3. 광전기화학 성능 평가. a) 400 nm 파장 이상의 가시광 조사 조건과 외부 포텐셜이 전혀 인가되지 않은 상태에서 대시간전류법(chronoamperometry)에 의해 측정된 시간에 따른 전류. b) 1 MHz부터 50 mHz 범위에서 5 mV의 사인파동 조건으로 측정된 나이키스트 플롯(Nyquist plot).
표 1. EIS 스펙트럼으로부터 추출된 동역학 변수들.
| RΩ (Ω) | Q0 (Ssecn) | n | Rct (kΩ) |
SrTiO3 | 83.9 | 3.4 × 10−5 | 0.950 | 87.7 |
Au/SrTiO3 | 15.8 | 4.8 × 10−5 | 0.947 | 61.9 |
CdS/SrTiO3 | 24.6 | 4.7 × 10−5 | 0.970 | 11.0 |
Au@CdS/SrTiO3 | 31.4 | 6.2 × 10−5 | 0.976 | 5.3 |
(4) 광학적 특성: 그림 4a는 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 우수한 가시광 흡수특성을 보여준다. 흡광도 그래프의 영역 A는 넓은 띠간격(3.3 eV)을 갖는 SrTiO3, 영역 B는 비교적 좁은 띠간격(2.3 eV)을 갖는 CdS에 의한 광흡수를 나타낸다. 특히, Au 나노입자의 표면 플라즈몬 공명에 의해 나타난 590 nm 파장에서 관찰된 피크는 Au 나노입자가 CdS 쉘로 덮어지면서 더 완만해지면서 약 60 nm 적색이동 되는 것을 알 수 있다. 이 현상은 Au 나노입자와 CdS 쉘이 전기적으로 강하게 상호작용하고 있음을 의미한다. 그림 4b는 Au과 CdS 나노입자가 SrTiO3 위에 따로 떨어져 위치해 있는 촉매(Au/CdS/SrTiO3)의 흡광특성을 보여주는데, 약 20 nm 적색이동 되는 것으로 나타났다. 이는 Au@CdS 코어-쉘 구조가 Au과 CdS 사이에 상호작용이 강하다는 것을 증명한다. 그림 4c는 암시야 현미경으로 관찰한 백색광의 레일리 산란(Rayleigh scattering) 결과이다. Au 나노입자의 산란 피크가 CdS 쉘이 형성되면서 60 nm 적색이동 함을 보였고, 그래프에 삽입된 사진을 통해서도 나노구조체에서 레일리 산란되는 빛이 초록에서 노란색으로 변하는 것을 확인할 수 있다. 이 결과 역시 Au 코어와 CdS 쉘 사이에 강한 상호작용이 존재함을 뒷받침한다. 그림 4d는 다양한 가시광 파장에서 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 수소생산속도 결과이다. 400 nm부터 550 nm 파장영역에서의 지속적인 수소생산속도 감소는 그림 4a에서 알 수 있듯이 CdS의 흡광특성 감소 때문이며, 550 nm에서 630 nm 파장영역에서의 미소한 수소생산속도 증가는 Au 나노입자에서 여기 된 플라즈몬 유도 열전자에 의한 작용 때문이다. 이 파장영역에서의 수소생산속도는 Au/SrTiO3 촉매와도 유사함을 알 수 있다. 파장에 따른 수소생산결과는 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 흡광특성과 일치했고, 이 결과는 Au 나노입자의 열전자 이동이 존재함을 의미한다.
그림 4. 광학적 특성과 파장에 따른 수소생산 결과. a) 흡광 스펙트럼. b) Au 나노입자가 포함된 촉매들의 흡광 스펙트럼. c) 암시야 산란 스펙트럼과 이미지. 척도 막대는 250 nm를 나타낸다. d) 0.05g의 Au@CdS/Pt/SrTiO3 촉매의 파장에 따른 수소생산속도.
(4) Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 전자이동속도론 규명: 이 연구에서는 나노입자 경계면에서의 전자 이동을 관찰하기 위해 형광물질로서 로다민B를 사용하였다. 그림 5a는 여기 파장에 따른 정상상태 광자발광(steady-state photoluminescence) 스펙트럼 결과로서 개발된 3성분계 나노구조체에서의 전자이동경로를 규명하였다. 그림 5b와 c는 각각 405 nm와 500 nm의 펄스 레이저를 광원으로 사용하였을 때 시분해능 광자발광(time-resolved photoluminescence) 스펙트럼 결과이다. 각 스펙트럼은 그래프로부터 얻은 모델 방정식과 곡선 맞추기(curve fitting)을 통해 동역학 변수들을 추출하였다. 추출된 동역학 변수들은 수학적으로 유도된 미분 방정식과의 상관관계로부터 나노입자 경계면에서의 속도상수들을 계산하였다. 전자이동속도론 연구 결과는 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체에서의 열전자 이동이 향상되었음을 직접적으로 규명한다. 결과적으로 가시광 영역에서 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 전자이동메커니즘을 그림 5와 같이 나타내었다. Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 Au 나노입자는 가시광 흡수와 동시에 열전자와 전자-정공쌍을 생성시킨다. Au 나노입자와 SrTiO3의 경계면에 도달한 열전자 중 일부는 SrTiO3의 전도띠로 주입된다. 주입된 열전자는 SrTiO3 표면 활성점으로 이동하고, 공촉매 Pt가 있는 경우 전하분리가 향상되어 대량의 수소를 생산하거나 집전장치(current collector)에 전기에너지의 형태로 회수될 수 있다. 한편, Au 나노입자에 남아있는 대부분의 정공들은 CdS 쉘로부터 주입된 전자들에 의해 소멸된다. 마지막으로 CdS 쉘의 정공들은 희생이온들을 산화시킴으로써 제거된다.
그림 5. a) 각 촉매샘플들이 분산된 1μM 로다민B 수용액의 여기 파장에 따른 정상상태 광자발광(steady-state photoluminescence) 스펙트럼. b) 405 nm와 c) 500 nm의 펄스 레이저를 광원으로 사용하였을 때 각 촉매샘플들이 분산된 1μM 로다민B 수용액의 시분해능 광자발광(time-resolved photoluminescence) 스펙트럼. 측정된 발광 파장은 580 nm이다. d) 가시광 영역에서 Au@CdS/SrTiO3 나노구조체의 전자이동메커니즘 개략도: (1) CdS 쉘에서의 전자 여기, (2) CdS 쉘의 전도띠에서 Au 나노입자의 페르미 레벨(Fermi level)로의 전자 주입, (3) Au 나노입자에서 SrTiO3 전도띠로의 플라즈몬 유도 열전자 주입, (4) SrTiO3 표면의 활성점으로의 열전자 이동.
이 연구에서는 금속 나노입자의 향상된 표면 플라즈몬 현상과 반도체−금속 나노입자의 쇼트키 접합을 동시에 구현하여 반도체 입자 내 전자 분리를 혁신적으로 증가시킬 수 있었으며, 기존의 대표적 광촉매 물질인 이산화티탄(TiO2) 대신 새로운 반도체 물질인 SrTiO3를 도입하여 그 우수성을 보였다. 이 연구에서의 나노입자 제어기술 및 새로운 전자이동경로는 앞으로 수소연료생산, 휘발성유기화합물(VOCs) 제거 분야뿐만 아니라 태양전지 연구 분야의 성능향상에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 특히 불순물이 포함되지 않은 대량의 고순도 수소연료생산은 별도의 분리공정을 거치지 않기 때문에 연료전지의 기존 수소원료 공급방식을 대처하여 경제적 효과도 기대할 수 있다.
용 어 설 명
1. Angewandte Chemie International Edition 誌
German Chemical Society를 대표하는 Wiley-VCH에서 발행하는 주간 과학저널로서 1887년부터 출간되기 시작하였고, 이후 1962년 영문판인 Angewandte Chemie International Edition이 출간되면서 국제적인 화학분야 권위지로 평가 받고 있다.(impact factor ; 11.336)
2. 광촉매
반도체 물질의 한 형태로 자연 상태에서는 부도체 성질을 보이지만, 띠간격 에너지 이상의 빛 에너지가 가해질 때 전자와 정공이 형성되는 물질을 지칭한다. 즉, 광촉매에 빛 에너지가 가해지면 전자가 공유띠에서 전도띠로 여기되어 전도띠에는 전자들이 형성되고 공유띠에는 정공이 형성되며, 이로 인하여 촉매 물질의 물리적, 화학적 특성은 변하지 않지만 촉매 내부에서 전자나 정공의 이동이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 전자나 정공은 광촉매 물질의 표면으로 이동하며 이 표면에서 외부물질의 산화・환원작용을 일으킨다.
3. 열전자
금속 나노입자에서 가시-근적외선 대역 빛의 전기장과 플라즈몬이 짝지어지면서 국소적으로 매우 증가된 전기장 형성과 동시에 전자를 여기 시키는데, 이 때 여기 된 전자를 말한다.
4. 플라즈몬
금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다.
5. 쇼트키 접합
금속과 반도체의 접촉을 말하며 정방향의 전압에 대해서는 전류가 흐르기 쉽고, 역방향의 전압에 대해서는 전류가 거의 흐르지 않는다.
