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이번 연구 결과는 재료 기술 분야 국제 저명 학술지 'Materials Chemistry Frontiers'(IF: 6.059)에 8월 31일 온라인 판으로 게재됐다.
다중 엑시톤 생성(multi-exciton generation)과 상향변환(upconversion) 현상을 모두 나타내는 물질은 미래의 고효율, 저비용, 친환경 형광재료 및 광전자 재료로서 주목받고 있다.
하지만 위 두 가지 성질을 모두 지닌 단결정 물질은 흔하지 않아 단결정 물질 내 저에너지 광자에 의한 다중 엑시톤의 생성 원리를 이해하고, 이러한 성질을 지니는 새로운 물질을 합성하는 것은 미래 발광재료 개발에 있어 매우 중요한 과제다.
이에 공동 연구팀은 다중-엑시톤 생성과 상향변환 현상을 모두 적용한 고효율 발광소재인 'Me3NPh'2MnBr4'를 개발했다. 'Me3NPh'2MnBr4'은 유무기 하이브리드 단결정 중에서 가장 높은 최대 189%의 광발광(PL) 양자 수율(QY)을 보이며 고효율 발광 소재로서 그 효과를 증명했다.
연구팀은 'Me3NPh'2MnBr4'가 고효율 특성을 갖는 무연 0차원 하이브리드 재료 설계 및 합성에 활용돼 태양전지, LED 및 기타 광전자 장치의 성능을 향상시키는 길을 열 것으로 기대하고 있다.
명창우 교수는 "적은 에너지를 통해 최대한 많은 발광효율을 얻는 것은 차세대 발광소재가 지향하는 핵심 목표들 중의 하나로서 이러한 성질은 다중 엑시톤 생성과 상향변환 현상으로 관측될 수 있지만 이에 대한 이론적 이해는 아직도 많이 부족한 수준"이라며 "앞으로 더 많은 실험과 함께 양자현상을 정확하게 기술하는 이론 및 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한다면 머지않아 곧 또 다른 차세대 고효율 광원 물질을 개발할 수 있을 것으로 생각한다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 신진연구, KISTI, 스위스 슈퍼컴퓨팅 센터(CSCS)의 지원으로 수행됐다.
