[한국뉴스투데이 유석규 기자] 국내 연구팀이 1차원 나노물질인 단일벽 탄소나노튜브에 내재한 격자진동을 정밀하게 검출할 수 있는 시분해 와 주파수 분해 분광기법을 새롭게 개발해 학계에 처음으로 보고했다.

건국대 글로컬캠퍼스 과학기술대학 나노전자기계공학과 임용식 교수 연구팀이 액상으로 단일 종류로 정제된 나노튜브를 수 펨토초 (fs, 10-15 초) 광펄스로 조사하고 빠르고 정밀하게 분석할 수 있는 새로운 계측 기술을 개발 했다.

임 교수 연구팀은 그동안 유사한 계측기법을 적용하여 HiPco (튜브직경=1 nm), CoMoCAT (직경= 0.8 nm), Arc-discharged CNT (직경= 1.5 nm)에서 나노튜브 종류(형상) 분석 기술개발과 전자-격자 상호작용에 관한 기본 기작에 관한 연구를 해 오면서, 지난 2006년, 2010년, 2012년에 각각 Nano Letters 2편과 ACS Nano 1편을 꾸준히 발표해왔다.

이번 연구에서는 보다 광대역 펄스 개발(펄스폭: ~ 6 fs)과 더불어 주파수(파장) 분해 및 시분해 분광기법을 동시에 적용할 수 있는 측정 기법으로 한층 진보시켰다. 또 한 가지 종류(단일 카이랄)로 정제된 반도체 특성의 고순도 (6,5) 탄소나노튜브에서, 이론적으로 가능한 18개의 고유 진동모드들을 계산하였고, 이들 간에 조합모드로 나타난 14개의 진동모드들을 실험적으로 분명하게 검출하고 이를 자세히 분석했다.

이번에 개발된 시분해 및 주파수 분해 계측기법은 기존에 나노물질 특성 분석을 위해 수행되어 오던 기법들(전자 및 X선 현미경법, 라만 및 형광 분광측정법 등)에 비해 독특한 여러 장점을 갖는다. 시료 전처리 과정이나 시료손상 없이 동시 다발로 처리할 수 있는 능력이 두드러진다.

기기에 의존적인 분해 한계로부터 자유로우며, 연속적으로 탐사광 파장 변환이 어려운 라만 측정이나 금속 나노튜브에서는 측정이 제한되는 형광측정법에 비해 매우 큰 장점과 차별성을 갖는다. 특히 원치 않는 형광이나 라만신호는 해당 분광 신호에 강한 배경 노이즈로 작용하기 때문에, 이번에 개발된 측정기법의 중요성과 응용성을 다시 확인하는 기회가 됐다.

개발된 측정 기법은 ~ 6 fs 펄스의 파장선폭이 근적외선 파장영역(650 nm ~ 1100 nm)에 걸쳐 있어, 이를 탄소나노튜브에 적용하였지만 다른 파장영역, 즉 가시광선이나 보다 근적외선 파장이나 자외선 파장영역에도 똑같이 활용할 수 있는 기법이기 때문에 에너지띠에 크게 구애받지 않고 다양한 (나노) 신소재, 신소자 거동, 에너지 및 환경 소재 특성 평가, 나노 바이오 소재 거동 등에도 활발히 활용될 것으로 전망된다.

연구 책임자인 임용식 교수와 대학원 석박사 연구팀은 이번 발표 논문이 그동안 측정된 데이터의 극히 일부분만으로 작성된 만큼 앞으로 많은 후속 연구 결과들을 지속적으로 발표할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

이번 연구 결과는 미국화학회가 발간하는 세계적 과학저널인 나노레터스 온라인판 최근호에 게재했다.

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