* 출처 : [수원=뉴시스] 박종대 기자

국내·외 공동 연구진이 새로운 유기 결정 설계 기술을 활용해 광대역의 티-레이(T-ray) 소재를 개발하는 데 성공했다.

24일 권오필 아주대 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)에 따르면 기존의 비선형광학 결정 설계의 난제를 극복하기 위해 양이온과 음이온의 부피를 조절하는 새로운 결정 설계 기술을 적용해 신규 유기 티-레이 광원을 개발했다.

이번 연구 성과는 소재 분야 저명 학술지인 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 10월 22일자 온라인판에 게재됐다.

논문 제목은 ‘반데르발스 부피 조절을 통한 고성능 유기 비선형광학 및 테라헤르츠 결정의 설계’다.

이번 연구에는 아주대 신봉림(대학원 분자과학기술학과 석사 졸업), 박유진(대학원 분자과학기술학과 석사과정 재학) 학생이 스위스 취리히응용과학대학(ZHAW)의 우로스 푹 박사와 공동 제1저자로 참여했다. 권 교수와 모이짜 야즈빈섹 취리히응용과학대학 박사가 공동 교신저자로 함께 했다. 

‘꿈의 전자파’로 불리는 티-레이는 빛과 전파 영역 사이인 테라헤르츠파(THz) 영역의 주파수다. 티-레이는 인간의 눈으로는 확인할 수 없는 물체 내부를 투과할 수 있다. 특히 단단한 물질만을 투과하는 X-레이와 달리 액체 종류까지 식별 가능하다.

티-레이는 제품이나 재료의 원형을 그대로 보존하는 비파괴 방식으로, 더 많은 물질을 쉽고 세밀하게 분석할 수 있기에 과학계와 산업계의 주목을 받아왔다.

하지만 기존에 활용돼 온 티-레이 광원은 좁은 대역에서 낮은 효율로 테라헤르츠파를 방출해 볼 수 있는 범위에 한계가 존재했다. 광대역 광원을 얻으려면 고가의 대형 레이저 시스템을 필요로 한다.

아주대 공동 연구팀은 고출력·고감도로 테라헤르츠파를 활용할 수 있도록 높은 비선형광학 특성 높은 비선형광학 특성을 가질 수 있는 유기 결정 소재 설계 기술을 연구해왔다.

연구팀은 이온성 유기 결정에서 양이온 분자와 음이온 분자가 반드시 공존해야 한다는 점에 착안해 양이온과 음이온 분자의 부피가 특정 비율일 때 높은 비선형광학 특성을 나타낼 것이라는 아이디어를 제시했다.

연구팀은 다양한 부피를 가지는 음이온을 도입해 양이온과 음이온 분자 부피의 상관관계를 밝혀냈다. 이를 통해 새로운 고효율의 비선형광학 유기 결정을 개발하는 데 성공했다.

또 신규 이온성 결정이 높은 비선형광학 특성을 바탕으로 소형의 저가 레이저 시스템을 이용해 광대역의 티-레이를 방출하는 점을 확인했다.

권 교수는 “이번에 제시한 새로운 유기 결정 설계 기술은 최근 여러 한계에 부딪혀 온 티레이 광원 설계 기술 개발에 새로운 물꼬가 될 것”이라며 “티레이 유기 결정의 설계 규칙을 확인했다는 점에서 우연에 의한 새로운 유기 결정의 발견이 아닌 특정 응용 기술에 최적화된 티레이 유기 결정의 설계가 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

[수원=뉴시스] 아주대학교와 스위스 취리히응용과학대학 연구팀이 개발한 새로운 티-레이(T-ray) 소재 설계 기술에 대한 설명 이미지. 왼쪽 아래 보라색 물질이 공동 연구팀이 개발한 고효율의 비선형광학 유기 결정이다. 이 결정은 이온성 퀴놀리니윰으로 구성돼 있다. 화면 속 결정의 실제 길이는 소자에 적합한 5㎜ 정도다. (사진=아주대 제공) 2023.10.25. photo@newsic.om *재판매 및 DB 금지