나노기술 및 정책 정보

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교토대학(京都大學) 화학연구소 등의 연구그룹이 유기 분자에 있어 매우 빠른 ‘역항간교차(Reverse Inter System Crossing, RISC)’을 실현할 수 있는 분자 설계를 구축함. 또한 새로운 설계 지침 근거하여 ‘TpAT-tFFO(tilted Face-to-Face alignment with Optimal distance)’라 명명된 우수한 신규 분자를 개발함. 기존에는 가벼운 원자를 이용한 유기 분자에 있어 ‘중원자효과(Heavy-atom Fffect)를 기대할 수 없었기 때문에 ‘RISC’는 일어나지 않았거나, 발생했다고 하더라도 그 속도는 다른 과정에 비해 늦었음. 그러나, ‘TpAT-tFFO’는 가벼운 원자만으로 구성됨에도 불구하고, 107s−1(초당 1000만 회)를 넘는 매우 빠른 RISC를 달성함. 이 RISC는 수소, 탄소, 질소만으로 이루어진 유기 분자에 있어 세계에서 가장 빠른 속도임. 연구진은 T1 → S1 천이(遷移)로 스핀 반전을 용이하게 하는 다른 궤도 Tn을 삽입시키고 에너지 준위도 S1, T1과 일치하게 함으로써 T1 → Tn → S1의 천이를 가능하게 할 것이라는 발상에서 새로운 분자 설계 지침 ‘tFFO’을 개발함. 이 tFFO 지침에서는 도너(donor), 억셉터(acceptor)를 적절한 거리에 배치함으로써, S1, T1, Tn의 3준위를 일치시키고, 도너, 억셉터를 약간 기울임으로써 스핀 반전을 가속화함. 분자 설계 지침을 입증하기 위해 비계로 트립티센(Triptycene, Tp), 도너로 아크리단(Acridan, A), 억셉터로 트리아진(Triazine, T)을 이용한, tFFO 지침에 기반한 ‘TpAT-tFFO’라는 이름의 새로운 분자를 설계함. 본 연구는 최근 실용화가 활발해진 유기 EL 디바이스 등과 같은 고특성화에 유용한 지침을 제공함과 동시에 생체 응용 및 산소 센서 등으로 응용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Photonics’ (“Organic light emitters exhibiting very fast reverse intersystem crossing”) 지에 게재됨.