작성일 : 21-01-19 17:40
서영덕·남상환 화학연 박사팀과 미국·폴란드 공동연구 , 빛 쪼이면 연쇄 증폭 '광사태 나노입자' 최초 발견
 글쓴이 : happy
조회 : 28  

빛 쪼이면 연쇄 증폭 '광사태 나노입자' 최초 발견

  •  김효원 수습 기자
  •  
  •  승인 2021.01.17 15:30
 

서영덕·남상환 화학연 박사팀과 미국·폴란드 공동연구
바이오·IoT·신재생에너지 등 미래기술에 폭넓게 활용

국내외 공동연구팀이 (왼쪽부터) 빛을 받으면 더 큰 빛을 뿜어내는 '광사태 나노입자'를 발견했다. 바이오와 자율주행자동차 등 미래 기술에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 사진 왼쪽부터 서영덕, 남상환 한국화학연구원 박사.[사진= 한국화학연구원]
국내외 공동연구팀이 (왼쪽부터) 빛을 받으면 더 큰 빛을 뿜어내는 '광사태 나노입자'를 발견했다. 바이오와 자율주행자동차 등 미래 기술에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 사진 왼쪽부터 서영덕, 남상환 한국화학연구원 박사.[사진= 한국화학연구원]
빛을 받으면 더 큰 빛을 뿜어내는 '광사태 나노입자'가 세계 최초로 발견됐다. 광사태 나노입자는 바이러스 진단 등 바이오·의료 분야, 자율주행자동차 등 미래 기술에 폭넓게 활용 될 것으로 기대된다.

한국화학연구원(원장 이미혜)은 서영덕, 남상환 박사 연구팀과 미국, 폴란드 연구팀 미래 기술에 접목할 수 있는 광사태 현상을 발견했다고 14일 밝혔다. 

연구팀은 나노입자에 작은 에너지의 빛을 약하게 쪼이자, 내부에서 연쇄적으로 증폭 반응을 일으켜 큰 에너지의 빛이 강하게 나오는 현상을 발견했다. 작은 눈덩이가 굴러가다 눈사태로 변하는 모습과 비슷해 '광사태(Avalanching)'라고 이름 붙였다. '툴륨(Tm)' 원소를 특정한 원자격자 구조로 합성한 나노입자를 사용했다. 

광사태 나노입자레이저 포인터 수준의 약한 빛을 쏘면 매우 강한 빛이 방출된다. 이러한 현상을 활용해 연구팀빛으로 보기 힘든 25나노미터 크기의 물질을 높은 해상도로 관측했다. 일반적으로 가시광선 파장보다 작은 물질은 관측하기 어렵지만, 빛의 연쇄증폭반응이 일어나 고해상도 관측이 가능하다. 

일반적인 나노물질은 빛 에너지를 흡수하면 일부는 열 에너지로, 나머지는 흡수된 빛보다 적은 에너지의 빛으로 다시 방출된다. 하지만 흡수된 빛보다 많은 빛이 나오는 경우를 상향변환이라 한다. 기존에 알려진 상향변환의 경우, 들어간 빛 대비 1% 이상 빛이 나오지 않았다. 이번에 발견된 광사태 나노입자에서는 광변환 효율이 40% 이상 높게 나온다. 

광사태 현상은 미래 기술에 폭넓게 응용될 전망이다. 바이오·IoT·태양전지·신재생 에너지 등에 활용될 수 있다. 먼저 연구팀은 화학연 페로브스카이트 태양전지 연구팀과 함께, 전지의 효율을 높이는 응용연구를 진행할 계획이다. 

연구팀은 레이저 포인터보다 더 약한 세기의 LED 빛으로도 광사태 현상을 일으키는 후속 연구도 진행 중이다. 이를 통해 간편한 바이러스 진단 키트와 같은 체외진단용 바이오메디컬 기술, 레이저 수술 장비 등 광센서 응용기술, 체내 삽입용 마이크로 레이저 기술 등으로 발전시킬 것으로 전망된다. 

서영덕 박사는 "이번 연구성과는 빛을 활용하는 모든 산업과 기술에 광범위하게 쓰일 수 있어 향후 미래 신기술로 활용될 가능성이 크다. 바이오 의료분야를 비롯해 자율주행자동차, 인공위성 등 첨단 IoT 분야, 빛을 활용한 광유전학 연구나 광소재 등의 포토스위칭 기술 분야 등 폭넓게 활용될 수 있다. 후속 연구를 통해 상용화 가능성을 높이겠다"고 말했다. 

이번 연구는 한국화학연구원 강소형 연구과제, 한국연구재단 글로벌연구실(GRL) 지원사업과 산업자원부의 산업기술혁신사업 지원을 받았다. 연구성과는 14일 네이처지의 표지논문에 선정됐다. 
광사태 나노입자 기반 단일광선 초고해상도 이미징.[사진= 한국화학연구원]