김동호 연세대 특임교수팀, 단일항 분열 스핀 동역학 메커니즘 규명

[캠퍼스人+스토리] 스핀 상태와 다중 엑시톤 동역학 간 상관관계 규명

김동호 연세대 명예특임교수(왼쪽), 김준오 코넬대 박사. /연세대학교

김동호 연세대학교 화학과 명예특임교수 연구팀이 단일항 분열 스핀 동역학 메커니즘을 규명해 화제다.

22일 연세대에 따르면 연구팀은 이번 연구에서 TIPS-테트라센(TIPS-Tetracene) 다량체의 구조를 변화시킴으로써 다중 엑시톤의 동역학을 제어하고 외부 자기장을 동원하는 방식으로 스핀 상태와 다중 엑시톤 동역학 사이의 상관관계를 밝혀냈다.

연구팀은 자기장 세기에 따라 달라지는 시간 분해 형광 분광과 시간 분해 순간 흡수 분광의 특성을 분석해 수백 펨토초(1000조분의 1초)부터 수백 마이크로초(100만분의 1초)까지의 시간 동안 다중 엑시톤 동역학을 관측했다.

그 결과 연구팀은 구조의 경직도와 스핀 교환 상호작용이 다중 엑시톤의 최종 분열에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 확인한 것으로 파악됐다. 또 다중 엑시톤의 스핀 오중항 상태가 다중 엑시톤의 분열을, 스핀 삼중항 상태가 다중 엑시톤의 소멸을 유도한다는 사실도 알아냈다.

김 교수는 "분자 간 상호 작용과 다중 엑시톤의 특성을 체계적으로 밝혀 스핀과 관련한 단일항 분열 과정의 메커니즘을 이해하는데 크게 기여"했다고 말했다.

이번 연구 결과는 종합화학 분야 국제 권위지인 미국화학회지(IF 15.0) 저널(4월 17일)에 게재됐다.