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[IT뉴스]GIST, 빛 이용한 초고속 전하 조작…단일 분자 양자 상태 실시간 제어 성공

온카뱅크관리자

2025-03-07 04:07:27

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">한·일 공동연구팀, 화학 반응 실시간 제어 기술 개발<br>“초고속 전하 이동, 발광 현상 조작 등 가능성 열어”</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="KIe957qy0H">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3513a2e549820510052882c59930fa1e7d00f96ea801eaeb1cf6bffc00ff32b5" dmcf-pid="9AV0SZ1m3G" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="THz-광학 STM을 이용한 단일 분자 발광 측정. ⓒ광주과학기술원" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/07/dailian/20250307040107124dgss.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="b8GsnkDx0X" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/07/dailian/20250307040107124dgss.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            THz-광학 STM을 이용한 단일 분자 발광 측정. ⓒ광주과학기술원
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="b307af2d2afeb8c1b3550b0743b2c9b9b4665028ca87062402f66b435c7bd183" dmcf-pid="2cfpv5tspY" dmcf-ptype="general">광주과학기술원(GIST)은 김유수 화학과 교수가 이마다 히로시 교수가 일본 이화학연구소, 요코하마국립대, 도쿄대, 하마마츠포토닉스, 울산대와 함께 분자 수준에서 일어나는 현상을 실시간 초고속으로 관측·제어할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="e51822dbe85d6c8c80128212445357a4b56e9cc168230dfe708d8d73b136899f" dmcf-pid="Vk4UT1FOpW" dmcf-ptype="general">분자와 전극 사이에서 전하가 이동하는 현상(전하 교환)은 유기 소자나 촉매 표면에서 발생하는 화학 반응 등에서 나타나는 기본적인 분자 과학 현상 중 하나이다.</p>
          <p contents-hash="6500f4bf448d624b22deaad57b03401e9f0b62db192a372c9ac4b59820d6dd27" dmcf-pid="fE8uyt3Izy" dmcf-ptype="general">이러한 전하 이동 과정에서는 전하 상태나 여기자와 같은 과도적인 중간 상태가 형성된다. 그러나 이 상태들은 수명이 ps(피코초) 수준으로 매우 짧아, 그 특성을 조사하기 위해서는 초고속으로 전하를 제어하는 것이 필요하다.</p>
          <p contents-hash="d9810a114e5e6ebb479d76f9180fa32c39162e535e07b001d94458679baddfc1" dmcf-pid="4D67WF0CzT" dmcf-ptype="general">최근 광학 기술이 발전하면서, 피코초 단위의 짧은 시간 폭을 가진 THz(테라헤르츠) 영역의 광 펄스를 사용해 초고속 전하 제어가 가능해졌다. 특히 THz 펄스를 주사 터널 현미경(STM)과 결합함으로써 nm 수준에서 물질에 전하를 주입할 수 있게 됐다.</p>
          <p contents-hash="458701d50931e41ca3c122a5831c9f2fa863b146f1d43780223be77a723c9056" dmcf-pid="8wPzY3phuv" dmcf-ptype="general">기존 THz-STM은 전하 조작에 따른 전류만 측정할 수 있어, 분자에 전하를 주입했을 때 일어나는 분자 상태의 변화를 조사하는 데 한계가 있었다. 이에 연구팀은 STM에 광학 기술을 결합한 장치(광학 STM)를 개발해, 단일 분자 수준에서 다양한 양자 현상을 보다 정밀하게 관측하는 데 성공했다.</p>
          <p contents-hash="83901c0ae4357fb210afc136be9596e08dd3632a934081f3c2753c9da9e95bba" dmcf-pid="6rQqG0UlpS" dmcf-ptype="general">연구팀은 광학 STM과 THz 펄스를 결합한 THz-광학 STM 장치를 이용해, 중심에 팔라듐(Pd) 원자가 포함된 Pd 프탈로시아닌 단일 분자를 대상으로 실험을 진행했다.</p>
          <p contents-hash="12f1cb45b5b22ddf32ca9c290ff45c271d57bbf494ea056e91f944518d1b15d4" dmcf-pid="PR0ykCloUl" dmcf-ptype="general">THz 펄스를 STM에 조사해, 660 nm 근처의 파장 대역에서 분자의 발광을 검출할 수 있었다. 이 결과는 Pd 프탈로시아닌 분자의 프론티어 궤도(HOMO와 LUMO)에 전하가 주입되면서 여기자가 형성되고, 이로 인해 발광이 발생했음을 의미한다.</p>
          <p contents-hash="e5bb24fd73f45180299a911633bbc6867f88e7881eb59362cc7f381e06b5d2f7" dmcf-pid="QepWEhSgUh" dmcf-ptype="general">발광을 측정하는 동안 전류도 함께 측정한 결과 전류가 거의 흐르지 않았다. 이는 STM 탐침과 분자 사이에서만 전하가 교환됐으며, 분자를 통과하는 순전류가 거의 없었음을 가리킨다.</p>
          <p contents-hash="c013693d345658085aa36d16dc1498592b64ed7a8806ce62e94ba35b2b98a384" dmcf-pid="xdUYDlvapC" dmcf-ptype="general">연구팀은 THz 펄스의 파형을 변화시켰을 때 발광 현상이 어떻게 변화하는지 조사했다. 여기서 THz 펄스의 파형은 캐리어 엔벨로프 위상이라는 물리량으로 표현할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="e522776d6b2b6c57f4839fb5c05928a378966ac11a12e3bd883181768ee99468" dmcf-pid="WXceB6Q0FO" dmcf-ptype="general">김유수 교수는 “이번 연구를 통해 THz 펄스와 광학 STM을 결합해, 극한의 시공간 분해능으로 분자의 양자 상태를 측정하고 제어하는 방법을 확립했다”며 “이번에는 분자에서 방출된 빛을 검출하는 데 그쳤지만, 다른 레이저 광원과 결합하면 라만 산란 현상이나 광발광 등 다양한 광학 현상을 높은 시간 분해능으로 측정할 수 있는 길을 열게 될 것”이라고 말했다.</p>
         </section> 
        </div> 
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