이온성 유기결정(HMB-TMS)의 테라헤르츠파 흡수 특성에 대한 분자클러스터 이론적 연구 = Molecular-cluster Level Theoretical Study on the THz Absorption Properties of an Ionic Organic Crystal, HMB-TMS
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2020
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-주제어
KDC
300
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학술저널
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107-125(19쪽)
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테라헤르츠(terahertz, THz)파는 전자기 스펙트럼에서 광파의 하단인 적외선과 전자파의 상단인 마이크로파 사이에 위치하여 두 가지 특성을 모두 가지며 에너지가 낮아 인체에 무해한 광원이다. 이러한 이유로 테라헤르츠파는 반도체 비파괴 검사, 공항 검색대 위험물/폭발물 탐지, 제약/의료분야 약물 검사 및 암진단 등에 광범위하게 활용될 수 있다. 하지만, 자연적으로 존재하지 않기 때문에 인위적 발생이 필요하다. 최근 고효율 테라헤르츠파를 발생시키기 위한 노력들이 이어지고 있으며 유기물질이 무기물질에 비해 우수한 성능을 보이고 있다. 본 연구에서는 유기물질 중에 이전에 개발된 이온성 유기결정의 테라헤르츠파 발생 성능을 향상시키기 위해 양이온의 구조를 일부 변형하여 새로이 개발된 HMB-TMS[(2-(4-hydroxy-3-methoxystyryl)-3-methylbenzothiazol-3-ium)-(2,4,6-trimethylbenzenesulfonate)] 유기결정이 예상과는 다르게 자체 흡수에 의해 테라헤르츠파 발생이 감소하는 현상을 화학시뮬레이션으로 분석하였다. 그 결과, 테라헤르츠파 흡수에 양이온이 주로 관여하고 음이온은 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며 HMB 양이온의 전자 받게 부위 질소 양이온에 붙어 있는 메틸(-N+-CH3)의 회전진동과 탈평면 굽힘진동에 의해 유발되는 양이온의 파이 공액결합(π-conjugation) 붕괴가 주된 원인으로 작용함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 실험분야 연구자들이 고효율 테라헤르츠파 발생 물질을 개발하는데 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다.
더보기The terahertz(THz) wave is located in the electromagnetic spectrum between infrared and microwave, which has both characteristics. It is a light source that is very low in energy and harmless to the human body. For these reasons, it can be widely used for semiconductor non-destructive testing, detection of hazardous/explosive materials at airport checkpoints, and pharmaceutical drug testing as well as medical cancer diagnosis. However, since it does not exist in the natural world, artificial generation is needed. Hence, many efforts have been made to generate high-efficiency terahertz waves. Among them, organic materials have shown better performance compared to inorganic materials. In this study, chemical simulation analyzes the reduction of terahertz wave generation in a newly developed HMB-TMS organic crystal by self-absorbing, which is contrary to our expectation. The results show that the main causes are the rotational vibration and the out-of-plane bending vibration of the methyl attached to the positive nitrogen(-N+-CH3) of the HMB cation which leads to the π-conjugation collapse of the cation. In addition, it was found through the simulation of cation-anion dimer vibrations that the terahertz-wave absorption is mainly concerned with the cation than the anion. These results are expected to provide chemists in the field of crystal engineering useful information to develop more efficient THz-wave generating materials.
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