김동호 교수팀, 들뜬상태 방향성 뒤집힘 규명을 위한 분광학적 방법 제안

‘어카운트 오브 케미컬 리서치’ 표지논문 게재

김동호 교수(화학과) 연구팀에서 진행해 온 ‘들뜬상태 방향성 뒤집힘 규명 연구’가 그 중요성과 우수성을 인정받아 세계적으로 저명한 학술지인 ‘어카운드 오브 케미컬 리서치(Accounts of Chemical Research)’ 6월 19일자 표지논문으로 게재되었다.

분자 내 고리형 파이 공액구조에서 발현되어 특별한 에너지적 안정성을 설명할 수 있는 ‘방향성 및 반방향성’은 분자의 반응성 및 물리·화학적 성질을 결정짓는 핵심적인 요소로, 기초과학 분야인 화학에서 중요한 연구주제 중 하나다.

최근 “분자의 방향성이 들뜬상태에서는 완전히 뒤집힌다”는 현상이 분자의 방향성 및 반방향성을 조절하여 물성을 제어하고 광활성 물질로의 새로운 응용가능성을 제시한다는 점에서 과학계의 많은 관심을 받고 있다. 특히, 공액 구조 분자들의 들뜬상태는 펨토초에서 밀리초의 굉장히 짧은 시간동안 존재하지만 광전자소자 등의 기능성에 굉장히 중요한 역할을 하는 요소로 들뜬상태에서의 변화는 많은 관심을 받고 있는 연구분야다. 하지만 이러한 들뜬상태 방향성 뒤집힘 현상에 대해서는 대부분 이론적인 측면에서 현상을 분석하는 방향으로 이루어지고 있었고 실험적으로 분자의 들뜬상태에서 뒤집힌 방향성 및 반방향성을 규명하는 연구는 아직 미미한 실정이다.

김동호 교수 연구팀은 이러한 들뜬상태 방향성 뒤집힘 현상 규명에 대하여 효과적인 접근법을 제공하고자 하였다. 이를 위해 연구팀에서는 방향성에 따라 분자 구조 및 분자의 전자구조가 변화된다는 사실에 주목했고, 레이저 분광학을 도입해 방향성/반방향성 공액분자의 흡광 및 적외선 스펙트라의 변화가 중요한 실마리를 제공한다는 것을 규명했다. 이를 통해 들뜬상태에서 방향성 뒤집힘 현상을 분석하는 효과적인 방법으로 시간분해 가시광선 및 적외선 흡수 스펙트럼 분석법을 제공했다. 이는 들뜬 상태 방향성 연구에 대한 획기적이고 중요한 연구법을 제공한다는 우수성을 인정받아 ‘어카운트 오브 케미컬 리서치(Accounts of Chemical Research)’ 에 표지논문으로 게재되었다.

분자 구조와 방향성의 변화가 분자 특성을 규명 및 제어하고 조절하기 위한 주된 요소 중 하나라는 점에서, 레이저 분광법을 이용한 들뜬 상태 방향성 뒤집힘 연구는 들뜬 상태 및 전이 상태 분자의 구조적 특성을 규명하고 안정한 삼중항 이가라디칼 구현 등과 같은 후속 연구에 기반을 마련한 것이라 사료되고 있다. 또한, 향후 이러한 연구 결과를 토대로 광 선택적 합성법 제안 및 광에너지 전환 등의 광활성 물질 개발 등으로의 후속 연구 및 응용에 기반을 마련할 것이라 기대되고 있다.

한편, 이 연구는 연구진흥 목적의 공익재단인 ‘삼성미래기술육성재단’에 의해 기초학문 분야의 독창적인 연구과제(삼중항 상태에서의 방향성 뒤집힘 가설의 분광학적 규명)의 재정적 지원을 받아 진행되었다.