적은 빛 증폭하는 ‘광사태 나노입자’ 발견

한국화학연구원 서영덕(사진)·남상환 박사 연구팀은 미국·폴란드 연구팀과 공동 연구로 특수한 구조의 나노입자를 합성하고, 이 나노입자에 작은 에너지의 빛을 쏠 때 물질 내에서 빛 알갱이가 더 큰 에너지의 빛으로 연쇄 증폭되는 ‘광사태 현상’을 세계 최초로 발견했다고 14일 밝혔다.

지금까지 기존의 상향변환 나노입자는 100개의 광자를 흡수하면 1개 정도만 큰 에너지의 광자로 변환될 정도로 효율이 낮아 상용화하는 데는 어려움이 있었다. 연구진은 이 연구에서 상향변환 특성이 있는 물질인 ‘툴륨(Tm)’ 이온을 8% 이상 첨가해 코어셸 구조의 나노입자를 만들고, 이 나노입자에 작은 에너지의 빛을 약하게 쏘일 때 내부에서 기존에 관측되지 않던 연쇄 증폭반응이 빠르게 일어난다는 사실을 발견했다.

연구진은 이런 현상이 눈사태가 일어나는 모습과 비슷하다는 점에 착안해 이 나노입자를 광사태 나노입자라고 명명했다.

이 광사태 나노입자의 광변환 효율은 40% 정도로 1% 이하인 기존 나노물질보다 40배 이상 높았다고 연구진은 설명했다. 작은 에너지의 빛 알갱이 100개를 흡수하면 40개 정도가 큰 에너지의 빛으로 전환되는 셈이다.

서 박사는 “바이오 의료 분야를 비롯해 자율주행자동차, 인공위성 등 첨단 사물인터넷 분야, 빛을 활용한 광유전학 연구나 광소재 기술 분야 등에 폭넓게 활용할 수 있도록 상용화 가능성을 높이겠다”고 말했다.

김건호 기자 scoop3126@segye.com