아주대 권오필(왼쪽) 교수, KAIST 이상민 교수. 사진=아주대 제공[대학저널 오혜민 기자]아주대학교는 권오필 아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 교수와 이상민 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수 연구팀이 기존 광학결정의 비선형성을 뛰어넘는 새로운 양이온과 이에 적합한 음이온을 도입하는 새로운 결정기술을 적용해 극한의 비선형광학 특성을 갖는 유기결정을 개발했다고 7일 밝혔다.

 

이번 연구성과는 소재분야 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈’ 10월 31일자 온라인판에 ‘극한 초분극도를 가지는 새로운 종류의 유기 결정: 고효율 및 광대역 평면 스펙트럼 대역을 가지는 테라헤르츠 발생’의 제목으로 게재됐다.
 

테라헤르츠(빛과 전파 두 가지 특성을 동시에 띄는 전자기파) 광원 소재를 연구해온 연구팀은 새로운 설계를 통해 전자기파의 주파수를 고효율로 변환시킬 수 있는 이온성 유기광학 소재를 개발하는데 성공했다.
 

또한 지금까지 보고된 비선형성을 뛰어넘는 극한의 비선형성을 갖는 새로운 양이온 분자를 설계하면서, 동시에 이에 적합한 음이온을 도입했다. 연구팀은 이를 기반으로 마이크로미터 두께의 초박막형 주파수 변환 소재를 개발했다.
 

이번 연구에서 개발한 10 마이크로미터 두께의 새로운 초박막형 광학결정은 기존 상업화돼 있는 무기 결정에 비해 100분의1 수준 두께다. 초박막형 두께로도 기존 무기 결정 보다 약 5배 높은 주파수 변환 효율을 보였으며, 더 넓은 대역의 더 평평한 스펙트럼 형태를 갖는 테라헤르츠파를 발생시킴을 확인했다.
 

고효율 광대역 테라헤르츠파의 발생은 더 넓은 주파수 대역에서 더욱 고감도로 분석이 가능함을 의미한다. 이에 기존 다른 레이저로는 탐지할 수 없었던 위험·유해한 물질의 고감도 식별이나 보안 측면에서 장점을 갖는 테라헤르츠 탐지·분석기술 등에 응용될 전망이다.
 

권오필 교수는 “이번 개발한 새로운 비선형 광학 결정 소재는 테라헤르츠뿐 아니라 다양한 전자기파 변조·변환 소자에도 적용 가능할 것”이라며 “고효율 비선형 광학 소재는 전자기파의 주파수, 위상, 크기 등을 바꿀 수 있는 다양한 레이저와 통신 소자에 활용할 수 있다”고 말했다.

 

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