Research

[Korean]

화학, 물리, 생물학 및 나노과학에서 다루는 다양한 물질들에서는 빛에 의해 매우 빠른 반응이 시작되어 각 물질의 기능을 수행하는 데 중요한 역할을 하는 전체 반응의 시작점 역할을 한다. 이런 반응들이 어떤 기작에 의해 일어나는지 이해하고 더 나아가 반응의 효율 및 반응속도를 조절하기 위해서는 이와 같이 빠르게 일어나는 동력학적 현상들의 시간대와 반응 경로를 알아내는 것이 중요하다.

본 연구실에서는 펨토초에서 나노초 시간대에서 일어나는 초고속 분자 현상들을 연구한다. 이처럼 빠른 동적 현상들은 유기×무기 반응, 생반응, 나노 물질 반응이 일어나는 메커니즘의 기초를 이루기 때문에 반응 효율을 최적화하기 위해서는 그 현상들이 일어나는 시간대와 전체적 동력학을 밝혀내는 것이 매우 중요하다. 이런 초고속 현상들을 관찰하기 위하여 본 연구실에서는 짧은 펄스 형태의 빛을 기반으로 한 시간분해 기법(time-resolved techniques)을 이용한다. 매우 짧은 광펄스는 마치 사진기의 빠른 셔터와 같이 짧은 순간에 일어나는 분자의 움직임을 정지시킨 채로 스냅 사진처럼 순간 포착할 수 있다. 예를 들어, 펨토초(1펨토초 = 1000조 분의 1초) 길이의 레이저 펄스를 사용하여 화학반응 및 물리적 과정을 시작시킬 수 있고, 시간차를 두고 입사하는 또 다른 레이저 펄스 (또는 엑스선) 펄스를 사용하여 반응의 진행 상황을 실시간으로 관찰할 수 있다. 이러한 원리의 시간분해 기법을 이용하여 본 연구실에서는 유기×무기 분자, 생분자, 나노 물질 등의 전자적 들뜬 상태에서 일어나는 화학적 변화 과정을 실시간으로 관찰하고, 이러한 과정들의 동력학(dynamics)이 분자의 구조(structure) 및 기능(function)과 어떠한 상관관계를 가지는지 알아보는 연구를 수행하고 있다. 본 연구실에서 사용하는 시간분해 기법으로는 (1) (들뜸-탐색) 과도흡광 분광법, (2) 2차원 전자 분광법, (3) 시간분해 형광 분광법, (4) 시간분해 X-선 산란 등이 있다.

본 연구실에서 관심을 가지고 있는 연구 대상으로는 광합성 (photosynthesis), 유기 및 무기 태양전지 물질 (solar cell materials), 반도체 양자점 (quantum dots), 탄소 나노튜브 (carbon nanotubes), 그래핀 (graphene), 이온 채널 단백질 (ion channel proteins) 등이 있다. 이들 계에서 일어나는 엑시톤(exciton)의 진화, 에너지 이완(energy relaxation), 에너지 전달(energy transfer), 전하 이동(charge transfer), 화학 반응(chemical reaction) 등의 다양한 물리적 현상들을 시간분해 광학 기법(time-resolved optical techniques)을 이용하여 연구한다.

본 연구실에서 수행하는 연구들에 대하여 더 자세히 알고 싶으시면 ResearchGate, Google Scholar, ORCiD에 나와 있는 연구 실적들을 살펴봐 주시기 바랍니다.

[English]

Our research group focuses on investigating ultrafast phenomena in molecules on time scales ranging from femtoseconds to nanoseconds, for example, (1) dynamics of energy transfer and charge transfer in organic conjugated molecules and biological molecules and (2) structural dynamics of chemical and biological reactions. Because such fast dynamic phenomena underlies the working mechanism of chemical, biological and nanoscale reactions, it is important to characterize the time scales and overall kinetics of those phenomena in order to optimize the efficiency of those reactions. To observe such fast processes, we make use of various time-resolved techniques based on light (visible, ultraviolet, X-rays) in the form of short pulses. Like a fast shutter of a camera, a short light pulse is able to freeze the motions of molecules and capture their snapshots. For example, a laser pulse of femtosecond duration can initiate chemical and physical processes, and another laser pulse arriving after a time delay can monitor the progress of the processes. By making use of the time-resolved techniques based on this principle, we observe in real time the fast processes occurring in electronically excited states of organic, inorganic, and biological molecules and nanomaterials and elucidate the structure-dynamics-function relationship of the molecular systems. In particular, those techniques include: (1) (pump-probe) transient absorption spectroscopy, (2) two-dimensional electronic spectroscopy, (3) time-resolved fluorescence spectroscopy, (4) time-resolved X-ray solution scattering, etc.

Chemical, physical, and biological systems of particular interest in our group include, but not limited to, photosynthesis, organic and inorganic solar cell materials, semiconductor quantum dots, carbon nanotubes, graphene, ion channel proteins, etc. We aim to investigate exciton evolution, energy relaxation, energy transfer, charge transfer, and chemical reactions in those systems using time-resolved optical techniques.

For more details of the research in our group, please check my profile at ResearchGate, Google Scholar, and ORCiD.