초록 ▼

□ 연구개요
란탄족 이온이 도핑된 상향변환 물질은 적외선을 통해 원격으로 여기되어 국소적인 위치에서 유용한 가시광선 및 자외선을 발광하므로, 에너지 하베스팅, 체적 3D 디스플레이, 광집적회로, 바이오센싱, 바이오이미징, 광유전학 등 차세대 응용분야에서 잠재력을 가지고 있어 현재 활발한 연구가 진행되고 있음.
본 연구자는 해당 중견과제인 “LSPR 커플링을 활용한 상향변환 나노입자의 변환효율 향상 원리 연구”의 1차년도(2016) 목표인 “암시야 현미경 기반 단일 나노입자 관측 플랫폼 개발”을 성공적으로 수행하였으며, 2

□ 연구개요
란탄족 이온이 도핑된 상향변환 물질은 적외선을 통해 원격으로 여기되어 국소적인 위치에서 유용한 가시광선 및 자외선을 발광하므로, 에너지 하베스팅, 체적 3D 디스플레이, 광집적회로, 바이오센싱, 바이오이미징, 광유전학 등 차세대 응용분야에서 잠재력을 가지고 있어 현재 활발한 연구가 진행되고 있음.
본 연구자는 해당 중견과제인 “LSPR 커플링을 활용한 상향변환 나노입자의 변환효율 향상 원리 연구”의 1차년도(2016) 목표인 “암시야 현미경 기반 단일 나노입자 관측 플랫폼 개발”을 성공적으로 수행하였으며, 2차년도(2017) 목표인 “UCNP-LSPR 커플링 시스템 개발 및 향상 원리 연구”를 수행하기 위해 초기 실험을 진행하던 도중, 극한으로 집중된 레이저 빔 아래에서 상향변환 나노입자의 용융/응집/급냉 과정을 통해 제조되는 “액체-급냉 비정질 상향 변환 신소재”를 개발하였음. 위 독창적인 상향변환 신소재의 높은 상향변환 효율 및 향상된 스펙트럼 순도를 가지며, 특히 액체-급냉 공정 중 발생하는 표면장력을 활용하여 최신 연구 결과를 상회하는 초소형/고효율 상향변환 마이크로 레이저를 구현함으로써 본 과제를 성공적으로 마무리함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서 새롭게 개발한 상향변환 신소재 및 이를 활용한 상향변환 마이크로 레이저 연구는 당초 연구주제였던 “LSPR 커플링을 활용한 상향변환 나노입자의 변환효율 향상 원리 연구”보다 기초연구의 주제로써 학술적/산업적으로 더 높은 우선순위가 있다고 판단하여, 한국연구재단의 승인을 받아 당초 목표를 아래의 표와 같이 최종 목표를 아래와 같이 변경하였으며, 아래와 같이 새롭게 설정된 연구 목표를 성공적으로 달성하였음.
1) 액체-급냉 비정질 매트릭스에서 발생하는 높은 상향변환 효율의 단일-밴드 상향변환 현상을 이해: 고분해능 TEM 및 이론에 입각한 분광학적 해석을 통해 현상을 이해하고 다양한 실험을 통해 이를 성공적으로 증명함으로써, 해당 결과를 재료공학분야 최상위 저널 중 하나인 Advanced Materials에 게재하였음 (표지논문 선정).
2) 본 연구에서 개발된 상향변환 신소재를 활용하여 기존의 성능을 뛰어넘는 상향변환 마이크로 레이저를 구현: 본 연구의 상향변환 마이크로 레이저는 최근 연구결과(Nature Nanotechnology 2018, 13, 572.)에서 구현한 최소 크기(~5 um)를 상회하는 작은 크기(~2.44 um)로 구현 되었으며, 기존에 매우 높았던 문턱값(>10,000 W/cm²) 보다 약 100배 이상 낮은 43.75 W/cm²의 문턱값이 필요한 수준으로 현재 개발된 상향변환 마이크로 레이저의 수준을 크게 상회하고 있음.

□ 연구개발결과의 중요성
1) 학술적 중요성
상향변환 마이크로 레이저의 구현은 다학문간(multidisciplinary) 연구의 기념비적인 성과로 그 특수한 잠재성은 후속 연구자들의 활발한 연구 의욕을 불러일으킬 수 있으며, 기존에 구현이 어려웠던 다양한 첨단 레이저 소자를 구현함으로써 마이크로 레이저 응용분야의 경계를 확장하는데 직접적으로 이바지할 수 있음.
2) 산업적 중요성
본 연구의 결과는 상향변환 특유의 적외선-가시광선-자외선 간 파장 변환 기술이 유용하게 활용될 수 있는 첨단 산업 분야에서 중요한 원천기술을 제공할 것이라 기대되며, 본 연구자가 보유하고 있는 독창적인 원천소재를 활용함으로써 국내 제조 산업 전반에 활기를 불어넣어주는 등 장·단기적인 산업적 비전을 제공함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 1차년도: 암시야 현미경 플랫폼 개발 및 레이저 광원 포커싱(focusing) ... 5
• (2) 2차년도: 액체-급냉 비정질 매트릭스에서 발생하는 단일-밴드 상향변환 연구 ... 7
• (3) 3차년도: 액체-급냉법을 활용한 속삭임회랑모드 공진기 상향변환 마이크로 레이저 개발 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 가. 연구내용의 독창성 ... 16
• 나. 연구결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 36