나노기술 및 정책 정보

• 목록

유기 반도체 소재는 높은 증익(增益), 용이한 가공, 기계 유연성 등의 장점이 있음. 유기 반도체 소재에 기반하여 개발한 유기 고체 레이저는 이미 생물화학 센서, 광자학 통신과 레이저 디스플레이 등의 분야에서 응용 잠재력이 있음.

하지만 유기 고체 레이저의 실제 응용을 위한 유기 전기 구동 레이저는 아직까지 실현되지 못하였는데 핵심 문제는 캐리어 이동속도 불균형과 관련된 편광자 손실과 3중 축적으로 인한 흡수 손실과 단일 상태 자극자의 손실이 포함됨.

중국과학원 화학 연구소 산하 "광화학 중점 실험실" 자오융성(趙永生) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 유기 고체 레이저에 대한 이론 연구와 응용 개발을 수행하였음.

연구팀은 유기 광학 증익(增益) 소재 캐리어 이동속도 불균형에 따른 편광자 손실 문제를 해결하기 위해 균형 잡힌 이중 극 전달 특성을 가지고 있는 전하 전달 복합체 증익(增益) 매개체를 개발하고, 이런 유형 소재의 자극 복사를 최초로 실현함으로써 새로운 양극성 전송 레이저 소재 개발을 위한 가치 있는 근거를 제공하였음.

하지만 가장 까다로운 3중 손실에 대해서 일반적으로는 3중 상태의 화학적 억제를 이용하여 3중 상태 관련 손실을 낮춤. 만일 3중 상태의 에너지를 효과적으로 이용할 수 있게 된다면 손실을 줄이고 유기 고체 레이저 효율을 크게 향상시킬 수 있음.

최근 연구팀은 열 활성화 지연 형광(TADF) 소재에서 영감을 받아, 이런 소재의 독특한 반대 방향 간의 이동(RISC) 공정을 이용하여 유기 고체 레이저의 3중 상태 손실이라는 난제를 해결하는 전략을 제시하였음.

연구팀은 레이저 이론에 근거하여 높은 발광 효율과 높은 RISC 효율성을 가진 TADF 시스템을 선별해 내고, 높은 광학 품질의 마이크로 캐비티(micro cavity) 결합을 통해 최초로 온도 상승 과정 속에서 독특한 열 활성화 레이저 현상을 관찰함. 실험을 통해 시스템의 3중 상태 레이저는 RISC 과정에 의해 캡처되는 동시에 단일 상태 자극 복사에 응용될 수 있음을 직접 입증하였음.

연구팀은 이런 독특한 레이저 메커니즘을 더욱 도전적인 준(準) 연속 범위에서 유기 레이저 분야에 응용하여 유기 전기 구동 레이저 실현을 위해 중요한 과학적 근거를 제공한 상황임.

본 연구 성과는 ‘Angew. Chem. Int. Ed.’ ("Experimentally Observed Reverse Intersystem Crossing‐Boosted Lasing") 지에 게재됨.