문주호 교수팀, 카이랄-전이현상의 핵심 원인 규명

카이랄-광학 특성 제어의 방법론 제시

세계적인 학술지 ‘Nature Communications’ 게재

[그림. (왼쪽부터) 문주호 교수, 마선일 연구원(제1저자)]

공과대학 신소재공학과 문주호 교수 연구팀은 양극산화알루미늄(anodized aluminum oxide, AAO) 내에서 카이랄 페로브스카이트(chiral perovskite)를 성공적으로 성장시켜, 제한된 공간 내 성장을 통해 재료 내에 인가된 미세격자변형(micro-strain)이 물질의 카이랄-광학 활성에 미치는 영향을 세계 최초로 보고했다. 

카이랄 페로브스카이트는 2017년 문주호 교수 연구팀이 선행 연구를 통해 원편광 이색성(circular dichroism)을 세계 최초로 관찰한 이후, 우수한 스핀 특성과 카이랄광학 특성(chiroptical properties)으로 인해 최근 스핀트로닉스 및 차세대 광학소자의 핵심 재료로 각광받고 있다. 하지만 우수한 재료의 물성에 비해 그 원인에 대한 탐구는 부족한 상태이다.

카이랄 페로브스카이트는 유기분자와 무기분자가 번갈아가며 적층돼 있는 구조를 가지고 있는 재료로, 유기분자의 카이랄성이 무기분자로 전이돼(카이랄-전이현상) 재료 전체가 카이랄성을 띄게 된다.

문주호 교수 연구팀은 Williamson-Hall method를 통해 물질 내부에 인가된 미세격자변형(micro-strain)을 도출했으며, 해당 미세격자변형(micro-strain)이 카이랄 유기분자의 적층 구조 및 비대칭 수소결합(asymmetric hydrogen-bonding interaction)의 변화를 유발해 최종적인 카이랄광학 특성의 증대를 유도함을 세계 최초로 규명했다.

이는 종래에 시도된 적 없었던, 동일 물질 내에서의 카이랄광학 활성 제어 연구이며, 카이랄-전이현상에서 비대칭 수소결합(asymmetric hydrogen-bonding interaction)의 역할을 규명했다는 데 큰 의의가 있다.

문주호 교수는 “재료의 스핀 및 카이랄광학 특성을 제어할 수 있는 방법론을 발견한 것과 동시에 카이랄-전이현상의 원인을 규명함으로써, 차세대 에너지 변환 소자를 위한 물질 설계를 가능하게 할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 리더연구 등의 지원으로 수행됐으며, 국제 학술 권위지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 6월 7일 게재됐다.

논문정보

● 논문제목: Elucidating the origin of chiroptical activity in chiral 2D perovskites through nano-confined growth

● 논문주소: https://www.nature.com/articles/s41467-022-31017-9