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중국과학원 푸졘(福建) 물질 구조 연구소 산하 "구조 화학 국가 중점 실험실" 궈궈충(郭國聰) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 비(非) 중심 대칭 구조를 취득하기 위해 혁신적으로 폴리 양이온 기능 그룹으로 NLO (Non Linear Optical) 기능 모티브 순서적 배열(polycation-substitution-induced NLO-functional motif ordering) 구조 디자인 전략을 사용하고, 비(非) 중심 대칭 양이온 기능 그룹 [ClRb2Ba3]7+ 대체 RbGaS2 (C2/c) 중의 Rb+ 이온을 통해 Ga4S10 초(超) 4면체 NLO 기능 모티브(functional motif)를 반(反) 평행에서 정(正) 방향 평행 배열을 유도하여 비(非) 중심 구조 화합물인 [ABa2Cl][Ga4S8] (A = Rb, 1; Cs, 2)를 취득하는데 성공함.

연구팀은 이번 연구를 통해 최초로 폴리 양이온 기능 그룹으로 중심을 대체, 유도, 실현하는 수준에서 비(非) 중심 구조로 전환하는데 성공함으로써 신형 NLO 소재 탐색을 위해 새로운 아이디어를 제공하였음.

연구팀이 개발한 화합물 1과 2는 강한 배율 주파수(SHG) 신호(10.4-15.3×KDP @1064 nm; 0.9-1.0×AgGaS2 @1910 nm), 높은 레이저 손상 한도 값(11-12×AgGaS2), 넓은 적외선 투과 범위(0.4-12.3 um)를 가지고 있을 뿐만 아니라 위상 매칭을 충족시킬 수 있기 때문에 가시광선으로부터 적외선 주파수 대역까지 커버하는 NLO 결정체 소재로 활용할 수 있을 것으로 전망되고 있음.

적외선 비(非) 선형 광학(NLO) 결정체 소재는 군수 분야와 민수 분야에서 중요한 응용 가치(레이저 레이더, 레이저 통신, 적외선 원격 측정, 광전자 대항 등)를 가지고 있으며, 그 중 비(非) 중심 대칭 결정체 구조는 2단계 NLO 효과를 실현하는 전제 조건으로 되고 있으며, 현재 비(非) 중심 대칭 구조 방법도 이미 개발된 상황이지만 "어떻게 합리적으로 비(非) 중심 구조를 디자인 할 것인가"는 도전적인 과제로 새로 대두된 상황임.

연구팀은 지난 2001년도에 최초로 "기능 모티브(functional motif)"라는 학술 주장을 하고, 새로운 적외선 NLO 기능 모티브를 디자인 하였으며, 큰 NLO 계수와 높은 레이저 손상 한도 값을 수용하지 못하는 보틀넥 문제를 해결하였으며, 제일 폭넓은 밴드 갭 유황 속(屬) NLO 결정체 소재를 개발하였으며, 위상 매칭을 실현할 수 있는 새로운 전략을 제시하였으며, 다양한 구조 디자인 전략을 통해 다양한 고성능 적외선 NLO 신소재를 개발하였음.

본 연구 성과는 ‘J. Am. Chem. Soc.’ ("[ABa2Cl][Ga4S8] (A = Rb, Cs): Wide-Spectrum Nonlinear Optical Materials Obtained by Polycation-Substitution-Induced Nonlinear Optical (NLO)-Functional Motif Ordering") 지에 게재됨.