반도체 양자 나노막대의 성장 원리 규명- 차세대 디스플레이 제작에 적용 기대

반도체 양자 나노막대의 성장 원리 규명- 차세대 디스플레이 제작에 적용 기대

등록일 2017.12.22.

 

 

 
반도체 양자 나노막대의 성장 원리 규명
- 차세대 디스플레이 제작에 적용 기대 -
 
□ 한국연구재단(이사장 조무제)은 한국과학기술원(KAIST) 이도창 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 배완기 박사와 함께 디스플레이 편광소재로 각광받는 반도체 양자 나노막대(이하 양자막대)*의 성장 원리를 밝혀 성장속도를 제어했다고 밝혔다.
  * 양자막대 : 직경방향으로 수 나노, 장축방향으로 수십 나노크기를 갖는 반도체 나노막대 입자.

□ 양자막대가 발견된 이후 양자막대의 성장 원리는 베일에 쌓여 있었다. 양자막대의 구조나 모양은 광학적, 전기적 특성으로 연결된다. 베일에 쌓인 성장원리는 그동안 막대형 나노소재의 발전을 막는 걸림돌이었다. 

□ 연구팀은 나노막대의 표면에 형성된 유기 리간드* 층에서의 모노머* 투과도 차이가 각 면의 성장속도에 직접적인 영향을 준다는 사실을 규명했다. 또한, 이를 통해 코어/쉘(core/shell) 양자막대*에서 양쪽 방향 성장 속도를 제어하여 쉘 내부 코어의 위치가 양자막대의 대표적인 특성인 광학 편광의 편광도*를 결정한다는 사실을 밝혔다.
   * 유기 리간드 : 나노입자의 표면을 안정화시키기 위해 투입되는 계면활성제 분자들로, 계면활성제의 머리가 입자의 표면과 결합함으로써 표면에 리간드막을 형성.
  * 모노머 : 결정성장을 위해 공급되는 기본단위의 재료.
   * 코어/쉘(core/shell) 양자막대 : 구형 입자를 코어로 사용하여 그 위에 막대형의 껍질을 둘러싸게 한 구조.
  * 편광도 : 방출된 빛의 전자기 파동이 얼마나 편광되어있나 나타내는 정도.
  ㅇ 연구팀은 대표적인 반도체 물질인 황화카드뮴(CdS) 나노막대의 성장을 추적하였다. 먼저, 장축으로 두 개의 다른 직경을 갖는 나노막대 구조를 개발하였다. 두 파트의 구분으로 양 말단의 성장속도를 수치화하여 성장속도를 결정하는 요인을 연구했다.

  ㅇ 관찰 결과 높은 리간드 밀도를 갖는 두꺼운 막대 끝 표면에는 모노머의 접근이 어려워 성장속도가 감소한다는 것을 밝혀냈다. 반면, 얇은 파트는 유기리간드 밀도가 매우 낮아 모노머의 공급을 방해하지 못하기 때문에 리간드 길이에 무관히 항상 빠르게 성장함을 알 수 있었다.

□ 이도창 교수는“이 연구는 편광소재로 주목 받고 있는 양자막대를 응용하는데 중요한 역할을 수행할 것”이라며“성장원리를 알 수 없어 어려웠던 양자막대 구조의 미세 설계와 특성강화 연구에 활력을 불러일으킬 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

□ 연구팀은 이번 연구에서 도출된 양자막대의 성장제어 기술을 광학 편광 소재를 필요로 하는 디스플레이 제작에 적용하는 후속 연구로 발전시킬 예정이다. 

□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 기초연구지원사업(개인연구) 등의 지원으로 수행되었다. 나노소재 및 기술 분야 국제학술지 에이씨에스 나노(ACS Nano) 11월 13일자에 게재되었다.

<참고자료> : 1. 논문의 주요내용              2. 연구결과 개요
             3. 연구이야기                   4. 용어설명
             5. 그림설명

논문의 주요 내용

□ 논문명, 저자정보 

   - 논문명 : Colloidal Dual-Diameter and Core-Position-Controlled
              Core/Shell Cadmium Chalcogenide Nanorods
   - 저자정보 : 이도창(교신저자, 한국과학기술원), 배완기(교신저자, 한국과학기술연구원), 김다흰(제1저자, 한국과학기술원), 이영국(한국화학연구원), 이동규(한국과학기술원), 김휘동(한국과학기술원)

□ 논문의 주요 내용 

 1. 연구의 필요성
   ○ 반도체 나노막대는 효율적인 전하수송, 선형편광과 같은 고유한 특성들로 인하여 나노기술 분야에서 중요한 소재 중 하나로 떠오르고 있다. 나노막대가 갖는 독특한 특성들은 입자의 모양이나 구조에 의하여 크게 영향을 받기 때문에 정교한 성장제어가 필요하다. 그럼에도, 두 장축방향으로 성장하는 나노막대의 성장 메커니즘은 여전히 이해되지 못하고 있다. 즉, 현재까지 보고된 다양한 나노막대 구조들은 실험적 관찰에 의존하여 개발되었으며 예측하여 설계된 구조들이 아니기 때문에 합성전략의 수립이 불가능하였다. 다양한 응용소자에서 반도체 나노막대의 효용성을 높이기 위해서는 무엇보다 막대의 성장메커니즘을 규명하는 것이 선행되어야만 한다.

 2. 연구내용
   ○ 연구팀은 나노막대의 성장메커니즘을 밝히기 위해 대표적인 반도체 물질인 황화카드뮴(CdS) 나노막대의 성장을 분자단위로 추적하는 연구를 진행하였다. 먼저, 두 장축방향으로의 성장을 시각화하여 추적하기 위해서 장축방향으로 두 개의 다른 직경을 갖는 새로운 나노막대 구조를 개발하였다. 구획화된 두 막대 파트의 성장은 양 말단 성장속도를 수치화할 수 있게 하였고, 이로써 성장속도를 결정하는 요인이 무엇인지 보여주었다.

   ○ 나노막대 합성 시 투입되는 유기리간드의 길이에 따라 두꺼운 막대 파트의 말단면 성장속도가 크게 영향을 받고, 얇은 막대파트의 말단면은 일정한 속도로 성장하였다. 연구진은 각 면에서의 유기리간드 밀도와 리간드 층을 통과하는 모노머 투과도를 계산하였다. 이를 통해 높은 리간드 밀도를 갖는 두꺼운 막대 끝 표면에 모노머 접근이 어렵고, 구성 리간드의 길이가 길어질수록 리간드층에 대한 모노머 투과도가 더 떨어져 성장속도 또한 감소한다는 것을 밝혀냈다. 반면, 얇은 막대 끝 면은 유기리간드 밀도가 매우 낮아 모노머의 공급을 방해하지 못하기 때문에 리간드 길이에 무관하게 항상 빠르게 성장함을 알 수 있었다.
    * 유기 리간드 : 나노입자의 표면을 안정화시키기 위해 투입되는 계면활성제 분자들로, 계면활성제의 머리가 입자의 표면과 결합함으로써 표면에 리간드막을 형성.
    * 모노머 : 결정성장을 위해 공급되는 기본단위의 재료.

   ○ 나노막대의 양 장축방향 성장속도를 조절하는 주요요인이 결정의 표면을 둘러쌓고 있는 유기리간드 층에서의 모노머 투과도라는 것을 밝혔고, 모노머 투과도를 조절함으로써 각 면의 성장속도를 제어할 수 있었다. 성장메커니즘에 대한 이해를 바탕으로 두 직경을 갖는 나노막대에서 각각의 파트를 원하는 길이로 성장시킬 수 있었고, 코어/쉘(core/shell) 나노막대 구조에서는 막대 쉘의 성장속도를 제어하여 코어를 막대쉘 내부의 끝부터 중앙까지 자유자재로 위치시킬 수 있었다.
    * 코어/쉘(core/shell) 양자막대 : 구형 입자를 코어로 사용하여 그 위에 막대형의 껍질을 둘러싸게 한 구조.

   ○ 모양 및 구조가 미세조절된 두 직경을 갖는 나노막대와 코어/쉘 나노막대는 내부 엑시톤 거동과 선형편광특성에 큰 영향을 미쳤다. 특히, 같은 모양의 코어/쉘 나노막대구조에서 코어위치만 조절하여 선형편광도를 분석함으로써 광학 편광도를 결정하는 가장 중요한 인자가 막대 쉘 내부 코어의 위치라는 사실을 알 수 있었다.

3. 연구 성과
   ○ 막대형의 나노입자가 개발된 이래로 아직까지 밝혀지지 못했던 나노막대의 성장메커니즘을 최초로 규명하였다. 성장요인을 완전히 제어함으로써 막대입자의 미세설계와 합성전략의 확장이 가능해졌고, 맞춤형 나노막대소재의 개발가능성으로 인해 그 응용가치가 매우 높아질 것으로 기대된다.

   ○ 두 개의 직경을 갖는 나노막대 구조를 최초로 개발하였다. 나노막대는 직경방향으로 양자구속효과를 갖게 되는데, 두 개의 다른 직경을 갖는 막대를 접합한 구조를 개발함으로써 얇은 직경의 막대에서 두꺼운 직경의 막대 쪽으로 전하가 방향성을 가지고 이동할 수 있게 하였다. 이는 나노막대의 고유한 특성 중 하나인 전하수송능력을 더욱 극대화하여 이용할 수 있는 구조로 광전변환소자, 광촉매와 같은 광전하를 추출하여 응용하는 분야에서 활발히 사용될 것으로 기대된다.
    * 양자구속효과 : 반도체 입자의 크기가 수 나노미터 수준으로 작을 때, 내부 전자가 자유롭게 움직이지 못하고 갇혀있는 현상. 

   ○ 코어/쉘 나노막대 구조에서 빛을 내는 부분인 코어를 막대 쉘 내의 원하는 곳에 위치할 수 있게 하였다. 이제까지 모든 코어/쉘 나노막대 구조 연구는 코어 위치를 제어할 수 없었기 때문에 그 영향을 무시해 왔다. 연구진은 코어의 위치가 광학특성과 밀접한 연관성을 가지고 있음을 체계적인 연구를 통해 밝혀냈다. 이 결과는 나노막대를 차세대 편광소재로 사용하고자 하는 디스플레이 분야의 밑바탕이 될 것으로 기대된다.

연 구 결 과  개 요

 1. 연구배경
  ㅇ 반도체 나노막대는 직경방향으로 수 나노, 장축방향으로 수십 나노크기를 갖는 원통형의 나노입자로, 직경방향으로만 양자구속효과를 갖는다. 직경방향의 양자구속효과와 장축방향의 양자비구속효과는 나노막대가 구형의 양자점과는 다른 새로운 특성들을 갖게 하였다. 대표적인 특성으로는 장축을 따라 나타나는 효율적인 전하수송능력과 선형편광능력이 있다. 각각의 특성들로 인해 나노막대는 전기소자의 전하수송층과 디스플레이의 편광층 소재로 주목을 받고 있다.
  ㅇ 이제까지 개발된 새로운 나노막대구조들의 특성 연구들은 막대의 모양이나 구조변화가 광학적/전기적 특성들에 막대한 영향을 미친다는 것을 보여준다. 그럼에도 불구하고, 성장메커니즘을 알지 못하기 때문에 실험적인 관찰에 기반하여 나노막대를 합성할 수 밖에 없었고, 정교한 성장제어는 불가능하였다.
  ㅇ 대표적인 예를 들자면, 코어/쉘 나노막대 구조에서 막대쉘의 두 장축방향으로의 성장속도를 제어할 수 없었기 때문에 시드(seed)로 사용된 코어의 위치도 합성조건이 달라짐에 따라 달라졌다. 관련 분야들에서 코어 위치에 의한 효과를 무시한 채로 연구가 진행되어왔으나, 최근 들어 특정한 코어 위치를 갖는 코어/쉘 나노막대에서 특징적인 현상이 나타나는 것이 관찰되었다. 이로써, 막대 쉘 내부 코어 위치의 제어가 이 분야의 이슈로 떠오르고 있는 상황이였다.

 2. 연구내용
  ㅇ 연구팀은 두 직경을 갖는 나노막대구조를 개발함으로써 구획화된 두 파트 말단의 성장속도를 정량화하여 비교하였다. 말단 면의 성장속도 차이는 표면을 안정화시키고 있는 유기리간드 분자의 밀도 차이에 기인한 것이다. 유기리간드의 길이를 조절함으로써 리간드 층에서의 모노머 투과도가 조절되었고, 해당면의 성장속도 또한 제어 가능해졌다.
  ㅇ 연구팀이 규명한 나노막대 성장메커니즘에 대한 이해를 기반으로 나노막대의 모양/구조가 확장될 수 있음을 증명하였다. 먼저, 두 직경을 갖는 나노막대에서 양 방향 성장 속도를 조절함으로써 두 막대 파트를 각각 원하는 길이만큼 성장하게 할 수 있었고, 이는 막대 내부의 엑시톤 거동을 크게 바꾸었다. 또한, 코어/쉘 나노막대 구조에서 막대쉘의 양 방향 성장 속도를 조절함으로써 코어의 위치를 원하는 곳에 놓았고, 적절한 코어의 위치는 막대에서 높은 편광도를 얻는데 큰 역할을 하였다.
  ㅇ 체계적인 실험을 통해 나노막대의 성장메커니즘을 규명하고 그 증명까지 보였으며, 이를 바탕으로 막대의 대표적인 특성인 전하수송능력과 선편광능력을 극대화할 수 있는 막대 구조를 새롭게 개발하였다. 기존 연구들은 실험적 관찰에 의존하여 나노막대를 개발하였기 때문에 정교하게 제어되지 못한 소재를 적용하는데 그친 반면, 본 연구를 통해 설계된 나노막대는 맞춤형으로 제작되어 응용소자의 효율을 급진적으로 올리는데 기여할 것이다.

3. 기대효과
  ㅇ 앞서 서술한 바와 같이 이제까지의 반도체 나노막대 소재는 정교한 성장제어가 불가능하였고 따라서 성장메커니즘의 완전한 규명이 요구되어 왔다. 이 연구결과는 나노막대소재의 성장에 있어 밝혀지지 않았던 하나의 퍼즐을 맞춤으로써 막대의 성장 과정을 완전히 이해하게 하였다. 이를 통해 다양한 물질의 막대형 성장이 제어가능해질 것이고, 응용소자에서 요구되는 특성에 맞추어 정교하게 제작될 것이다. 이는 반도체 나노막대 소재를 필요로 하는 응용분야들에 크게 기여할 것으로 기대된다.

★ 연구 이야기 ★

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

용액공정법을 통해 합성되는 반도체 나노막대소재의 연구가 활발히 진행되어왔음에도 불구하고, 현재까지 보편적인 합성전략이 존재하지 않았고 실험적 경험에 기반하여 구조와 모양이 조절되어왔다. 나노막대의 구조 및 모양은 막대에서 발현되는 특성과 직결되기 때문에 정교한 성장제어는 필수이다. 하지만, 성장메커니즘에 대한 이해없이 실험조건에 의존하여 제어되었던 나노막대 입자의 합성은 한계를 맞게 되었다. 즉, 원하는 나노막대의 구조와 모양을 표적화하여 합성할 수 없기 때문에 특성을 극대화하여 응용하지 못하는 상황이였다. 나노막대소재의 이 같은 한계점을 극복하고 전도유망한 나노소재로서 크게 도약하기 위해서는 성장메커니즘의 완전한 이해를 바탕으로 나노막대가 설계 및 합성되어야 한다고 생각하였다. 이 연구에서는 나노막대의 성장을 분자단위로 추적하여 두 장축방향의 성장에 영향을 미치는 모든 요인들을 밝혀냈고, 보편적인 성장원리에 기반하여 막대의 성장을 완전히 제어하고 있다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

나노막대 입자의 두 장축방향으로의 성장속도는 시각적으로(고배율 현미경을 이용) 추적하기 어려웠기 때문에 성장메커니즘에 관한 연구가 더디게 진행되었다. 연구팀은 두 직경을 갖는 나노막대구조를 개발하였고, 두 파트로 구획화 되어있는 독특한 구조적 특성을 이용하여 막대 양말단의 성장속도를 정량화함으로써 외부조건에 따른 나노막대 성장 속도 차이를 비교할 수 있게 되었다. 연구진은 나노막대 합성시 입자표면의 안정화를 위해 도입되는 유기리간드의 길이를 조절하면서 말단 성장속도를 추적, 비교하였다. 두꺼운 막대파트의 말단은 유기리간드 분자의 길이가 길어질수록 성장이 억제되었고, 얇은 막대파트의 말단은 유기리간드 길이에 상관없이 일정한 성장속도로 빠르게 성장하였다. 유기리간드의 알킬체인길이는 막대결정이 가지고 있는 성장에너지를 바꾸지 않는다. 따라서, 결정의 재료가 되는 모노머의 공급정도를 조절하고 있을 것이라고 예측할 수 있었다. 확산 제한 성장 모델(diffusion limited growth model)에 따르면 모노머의 공급 속도는 모노머의 농도와 용매에서의 모노머 확산계수에 의해 결정된다. 하지만, 모든 나노막대 성장과정에서 같은 전구체 농도와 용매를 사용하였기 때문에 리간드 길이에 따라 조절되는 막대 성장을 설명할 수 있는 새로운 모델이 필요하였다. 연구팀은 투과 제한 성장 모델(permeation limited growth model)을 제안하였다. 이 모델에 따르면, 모노머가 용매로부터 결정 표면으로 공급될 때 결정표면에 형성된 리간드 층이 최종 모노머의 공급속도를 제한한다. 이 모델을 증명하기 위해 막대의 말단 표면들에 형성된 각 리간드 층에서의 모노머 투과도를 계산하였고, 두꺼운 막대파트의 끝 면이 매우 낮은 투과도를 갖고 얇은 막대의 끝 면이 높은 투과도를 갖는다는 것을 알 수 있었다. 두꺼운 막대 끝의 리간드 층은 구성 리간드들의 길이가 길어질수록 모노머의 투과도가 더 낮아져 성장이 억제되었고, 얇은 막대 끝의 리간드 층은 구성리간드들 간의 간격이 멀어서 리간드가 길어짐에도 불고하고 여전히 높은 모노머 투과도를 가졌다. 즉, 리간드 층에서의 모노머 투과도가 나노막대 양 방향 성장속도를 결정하는 최종 요인임을 밝혔다. 두 직경을 갖는 나노막대의 성장메커니즘을 바탕으로, 단일 직경의 코어/쉘 나노막대구조에서 또한 막대 쉘의 양방향 성장속도를 제어할 수 있었다. 이를 통해 코어위치가 조절된 막대는 광학편광도와 밀접한 관계를 가지고 있다는 것을 밝혔고, 이 결과는 편광소재로서 막대의 응용가치를 더욱 높일 뿐 아니라 정교한 나노입자 성장제어의 중요성을 보여주고 있다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

나노입자는 실시간으로 각 면의 성장과정을 관찰하지 않는 이상 표적한 면을 구분하여 추적하기가 어렵다. 현 기술로는 나노막대의 합성을 실시간으로 측정하는 것이 불가능하기 때문에 합성 이후에 간접적으로 성장을 추적해야하는 어려움이 있었다. 구별하기 어려운 양 말단의 성장을 쉽게 모니터링 하기 위해서 새롭게 개발한 구조가 두 직경을 갖는 나노막대구조이다. 템플릿 시드(seed)로부터 한 쪽 방향으로는 두꺼운 직경을 유지하면서 자라게 하고 다른 쪽은 얇은 직경의 막대를 성장시킴으로써 합성한 이후에도 현미경을 통해 쉽게 양 방향의 성장정도를 추적할 수 있도록 하였다. 이는 이제까지 실시간 관찰의 어려움으로 성장메커니즘이 밝혀지지 않았던 다양한 나노입자들에 대해 새로운 접근법을 제시하고 있다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

반도체 나노막대 구조는 오랜 시간동안 연구되어 온 중요한 나노소재임에도 불구하고 성장요인이 완전히 밝혀지지 않았다. 이 때문에 모양이나 구조가 제어되지 않은 나노막대입자들이 소자에 응용되어왔다. 예를 들어, 코어/쉘 나노막대에서 막대쉘의 양 방향 성장속도는 합성조건에 따라 달라지지만 조절 불가능하기 때문에 코어의 위치가 제각각인 코어/쉘 막대들이 합성된다. 이렇게 합성된 코어/쉘 나노막대들은 코어 위치에 따른 효과가 무시된 채로 사용되어 왔다. 연구진은 나노막대소재의 보편적인 성장기작이 밝혀져야지만 체계적인 나노막대 연구와 이에 따른 소재의 급진적인 발전이 가능할 것이라고 판단하였고 성장메커니즘을 규명하는데 매진하였다. 마침내, 성장메커니즘을 규명할 수 있었고 이를 바탕으로 하여 막대의 장축방향 성장 속도를 제어할 수 있게 되었다. 이로써 코어/쉘 나노막대에서 코어를 막대 쉘 내부의 원하는 곳에 위치시킬 수 있었고, 코어의 위치가 나노막대의 광학 편광도를 결정하는 요인임을 밝힐 수 있었다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표와 향후 연구계획은? 

이 연구는 막대의 성장메커니즘 규명에 초점을 맞추고 있다. 따라서, 향후에는 성장메커니즘을 바탕으로 나노막대들을 정교하게 설계하고 합성하여 체계적인 특성연구를 진행함으로써 소재의 가치를 극대화하는 것이 목표이다. 나노막대를 이용한 편발광 소자를 만들고 이를 실제 QLED에 적용해 보는 것을 계획으로 하고 있다.

□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

논문을 투고하고 심사를 거치는 과정에서 다양한 심사 의견을 받았는데, 그 가운데는 “이 연구는 12년 전에 투고되었어야 한다”며 심사위원의 것으로 생각되는 논문을 인용하라고 한 의견이 있었습니다. 실제로 그 논문의 내용은 본 연구진의 연구 결과와는 크게 동떨어진 것이라 게재 승인 결정을 뒤집지는 못했지만, 의견이 수용되었더라면 아찔했을 상황이었습니다.

용 어 설 명

1. 에이씨에스 나노(ACS Nano) 誌
  ○ 미국화학회가 발간하는 나노분야의 세계적 권위저널. 학술지표 평가기관인 Thomson JCR 기준 영향지수(2017 impact factor) 13.942.

2. 반도체 나노막대(양자막대)
  ○ 직경방향으로 수 나노, 장축방향으로 수십 나노크기를 갖는 반도체 나노막대 입자로, 직경방향으로 양자구속효과(입자의 크기가 작을 때, 내부 전자가 자유롭게 움직이지 못하고 갇혀있는 현상)를 가짐. 이로 인해 장축방향으로 선편광된 빛을 방출하는 특성을 가지고 있고, 디스플레이 분야에서 편광판 대체가능 소재로 각광받고 있음.

3. 유기 리간드
  ○ 나노입자의 표면을 안정화시키기 위해 합성 시 투입되는 계면활성제 분자들로, 작용기를 갖는 머리 부분과 긴 알킬체인을 갖는 꼬리 부분으로 구성되어 있다. 계면활성제의 머리가 입자의 표면과 결합함으로써 표면에 리간드막을 형성한다.

4. 모노머
  ○ 결정성장을 위해 공급되는 기본단위의 재료. 황화카드뮴(CdS) 양자막대 성장에는 황(S)과 카드뮴(Cd) 원자가 하나씩 결합하고 있는 형태가 모노머가 되어 막대표면에 공급된다.

5. 코어/쉘 양자막대
  ○ 양자막대는 1) 단일성분으로 이루어진 막대형과, 2) 구형 입자를 코어로 사용하여 그 위에 막대형의 껍질을 둘러싸게 한 코어/쉘 구조가 있다. 코어/쉘 양자막대 구조에서 코어는 막대형 쉘로 인해 선편광 빛을 방출한다.

6. 두 직경을 갖는 나노막대
  ○ 연구팀이 개발한 새로운 나노막대 구조로, 장축방향으로 두꺼운 막대 파트(약 6 nm 직경)와 얇은 막대 파트(약 3 nm 직경)가 이어져있는 축 방향 비등방성 막대 구조이다.

그 림 설 명

                 

(그림1) 양 장축방향 성장속도가 제어된 두 직경을 갖는 나노막대구조와 단일직경 코어/쉘 나노막대구조
(좌측) 두 직경을 갖는 나노막대에서 양 장축방향 성장속도가 자유롭게 제어됨으로써 두꺼운 막대파트와 얇은 막대파트의 길이비가 조절될 수 있다.
(우측) 단일직경을 갖는 코어/쉘 나노막대구조에서 또한 나노막대 쉘의 양 장축방향 성장속도가 제어될 수 있기 때문에 코어 시드(seed)를 막대 쉘의 끝에서부터 중앙까지 위치시킬 수 있다.

(그림2) 코어위치에 따른 코어/쉘 나노막대에서의 편광특성
(좌측) 막대쉘 내 코어의 위치가 한쪽 끝에 위치한 나노막대샘플부터 중앙에 위치한 나노막대샘플까지의 광학편광도 값 그래프.
(우측) 나노막대 내부 코어가 끝에 위치할 때 낮은 편광도를 갖고, 중간방향으로 갈수록 더 높은 편광도를 갖다가 일정한 값으로 수렴한다.