옥강민

비중심대칭 신소재 설계 및 합성

본 연구실(CNCSM, Center for Noncentrosymmetric Materials)은 물질의 대칭성을 정밀하게 제어하여 비중심대칭(Noncentrosymmetric, NCS) 구조를 갖는 혁신적인 신소재를 설계하고 합성하는 데 선도적인 역할을 수행하고 있습니다. 저희 연구의 궁극적인 목표는 기존 재료의 물리적 한계를 뛰어넘는 고성능 차세대 기능성 고체 재료를 개발하고, 이들의 근본적인 구조-특성 관계를 심층적으로 이해하여 미래 핵심 기술 발전에 기여하는 것입니다. 비중심대칭 구조는 특정 방향으로의 전기적 또는 광학적 응답을 가능하게 하여 비선형 광학(NLO), 압전(Piezoelectric), 열전(Thermoelectric) 등의 독특하고 강력한 기능성을 발현시키는 핵심 요소입니다. 이러한 기능성 재료는 기존 기술의 패러다임을 바꿀 잠재력을 가지고 있습니다.저희 연구팀은 무기 결정체, d10 금속 혼합 할로겐화물(특히 플루오르 함유 물질), 유기-무기 하이브리드 광학 소재, 텅스텐 브론즈 구조 물질, 2D 할로겐화물 페로브스카이트 강유전체 재료 등 광범위한 물질군을 대상으로 합니다. 고체 합성, 수열 합성법, 단결정 성장 기술과 같은 정교한 합성 방법론을 활용하여 새로운 비중심대칭 화합물을 체계적으로 탐색하고 있습니다. 이 과정에서 단결정 X선 회절 분석을 포함한 최첨단 정밀 구조 분석 기술과 다양한 재료 특성화 기법(예: 광학적 특성, 전기적 특성)을 동원하여 물질의 미시적 구조적 특징과 발현되는 물리화학적 특성 간의 상관관계를 면밀히 규명합니다. 특히, 저희는 아미노산을 이용한 새로운 카이랄 유기 리간드 합성 등 비중심대칭 배위 고분자 개발에 성공하여 기능성 비선형 광학 특성 재료 물질의 체계적인 개발 방향을 제시했습니다. 이는 Angewandte Chemie 등 세계적인 학술지에 표지 논문으로 게재되며 그 우수성을 인정받았습니다. 이러한 독창적인 접근법은 다른 연구와 차별화되는 저희 연구실의 핵심 강점입니다.본 연구를 통해 개발된 신소재들은 새로운 파장의 빛을 생성하는 에너지 변환 소재, 압전성을 이용한 고효율 촉매 또는 분리막, 초전성을 이용한 고감도 보안 소재, 강유전체 메모리 소자, 광 위상정합 제어 기술 등 첨단 광전자 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 또한, 제약 원료의 정밀 단결정 구조 분석 및 동정 서비스도 제공하며 산업계의 기술적 난제 해결에 기여하고 있습니다. 저희 연구실의 비중심대칭 신소재 연구는 학술적으로 신물질 탐색의 지평을 넓히고, 산업적으로는 차세대 레이저, 정밀 통신, 고성능 광학 센서 및 바이오 센서 개발에 필요한 핵심 재료를 제공하며 국가 경쟁력 강화 및 인류 삶의 질 향상에 크게 기여하고 있습니다.

비선형 광학 및 광전자 재료

본 연구실은 비중심대칭 재료의 핵심 응용 분야 중 하나인 비선형 광학(Nonlinear Optics, NLO) 및 광전자 재료 개발에 집중하고 있습니다. 저희 연구의 주된 목표는 기존 광학 소자의 한계를 뛰어넘어, 강한 비선형 광학 응답을 보이면서도 열적 안정성 및 레이저 손상 임계치(LDT)가 높은 신뢰성 있는 재료를 개발하여 차세대 광학 기술 발전에 기여하는 것입니다. 특히 제2고조파 발생(Second-Harmonic Generation, SHG) 특성 향상에 초점을 맞추며, 새로운 파장의 빛을 효율적으로 생성하는 물질을 설계하고 있습니다.저희 연구팀은 비반전대칭 결정 설계 및 합성 기술을 바탕으로 유무기 하이브리드 광학 소재 개발에 독보적인 전문성을 보유하고 있습니다. 구체적으로는 CsICl2와 같은 무기 결정체, d10 금속 기반의 혼합 할로겐화물, 플루오르 함유 물질, 그리고 다양한 유기 리간드를 포함하는 하이브리드 소재를 탐색하여 뛰어난 광 위상정합(Birefringence & Phase Matching) 제어 기술을 확보하고 있습니다. 이러한 재료들은 우수한 광학적 이방성(Optical Anisotropy)을 가지며, 특히 단파장 자외선(DUV) 영역에서의 뛰어난 투명성과 함께 탁월한 SHG 응답을 보여줍니다. 실제 연구 성과로는 KDP(KH2PO4) 대비 8배 강력한 SHG 응답을 갖는 신규 비중심대칭 금속 플루오로 산화물 합성 기술과, 광대역 IR 투과(최대 16.0μm), 강한 SHG 응답, 높은 레이저 손상 임계치를 보이는 새로운 비선형 광학 산화할로젠화납 개발이 있으며, 이들은 JACS 및 Angewandte Chemie와 같은 세계적 학술지에 게재되며 우수성을 입증했습니다.개발된 고성능 비선형 광학 재료는 차세대 레이저 시스템, 정밀 통신 장비(광통신), 고성능 광학 센서, 광 데이터 저장 장치, 광 위상정합 응용 등 첨단 광전자 기술 분야에 필수적인 핵심 부품으로 활용됩니다. 또한, 유전(Dielectric), 압전(Piezoelectric), 열전(Thermoelectric) 특성을 기반으로 하는 다기능성 소자 개발에도 기여하고 있습니다. 이러한 혁신적인 재료들은 의료 진단, 보안 시스템, 그리고 고해상도 이미징 등 다양한 첨단 산업 분야에서 새로운 가치를 창출하며 기술 혁신을 주도할 잠재력을 가지고 있습니다.