Research
초고속 분광학 연구실에서는 빛을 흡수한 분자와 광기능 소재가 들뜬 상태에서 어떤 경로로, 얼마나 빠르게 변화하는지를 연구합니다. 우리는 (i) 펨토초 분광학과 (ii) 나노초-마이크로초 분광학을 함께 활용하여, 빛 흡수 직후의 초기 이완 과정부터 장수명 중간체와 전하 재결합에 이르는 다양한 들뜬 상태 동역학을 시간 영역에서 추적합니다. 현재 연구실의 주요 연구 방향은 (iii) 환경 의존 광동역학, (iv) 광기능 소재 동역학, (v) 편광/카이랄 동역학입니다.
The Ultrafast Spectroscopy Laboratory investigates how photoexcited molecules and functional materials evolve in their excited states. We combine (i) femtosecond spectroscopy and (ii) nanosecond–microsecond spectroscopy to track a wide range of excited-state dynamics in the time domain, from the earliest relaxation processes after light absorption to long-lived intermediate formation, charge recombination, emission, and nonradiative decay. Our main research directions are (iii) environment-dependent excited-state dynamics, (iv) excited-state dynamics of functional photoactive materials, and (v) polarization- and chirality-dependent dynamics.
Techniques
(i) 펨토초 분광학
(i) Femtosecond Spectroscopy
펨토초 분광학은 빛을 흡수한 직후 분자와 광기능 소재가 어떤 초기 경로로 변화하는지를 관찰하는 방법입니다. 이 짧은 시간 영역에서 형성되는 들뜬 상태 동역학은 물질이 최종적으로 빛을 내는지, 전하를 분리하는지, 열로 에너지를 잃는지, 또는 화학 반응으로 이어지는지를 결정하는 중요한 출발점이 됩니다. 저희 연구실은 펨토초 transient absorption (TA)과 fluorescence upconversion (FU)을 이용하여 이러한 초기 흡수 및 발광 동역학을 추적하고자 합니다.
Femtosecond spectroscopy allows us to observe the earliest pathways taken by molecules and functional photoactive materials after light absorption. The excited-state dynamics formed in this short time window serve as a critical starting point for determining whether a material emits light, separates charge, dissipates energy as heat, or undergoes a chemical reaction. Our laboratory uses femtosecond transient absorption (TA) and fluorescence upconversion (FU) to track these early absorption and emission dynamics.
References
나노초–마이크로초 분광학은 빛 흡수 이후 오래 지속되는 들뜬 상태와 반응 중간체를 관찰하는 방법입니다. 이 시간 영역에서는 형광 수명, 삼중항 형성, 장수명 전하이동 상태, 전하 재결합, 광화학 반응 중간체와 같은 후속 동역학이 나타날 수 있습니다. 저희 연구실은 TCSPC와 나노초 transient absorption (TA)을 이용하여 이러한 긴 시간 영역의 흡수 및 발광 동역학을 추적하고자 합니다.
Nanosecond–microsecond spectroscopy allows us to observe longer-lived excited states and reaction intermediates after light absorption. This time window can reveal subsequent dynamics such as fluorescence decay, triplet states, long-lived charge-transfer states, charge recombination, and photochemical intermediates. Our laboratory uses TCSPC and nanosecond transient absorption (TA) to track absorption and emission dynamics over these longer time scales.
References
Bull. Kor. Chem. Soc. 2025, 46 (12), 1153.
(ii) 나노초-마이크로초 분광학
(ii) Nanosecond-Microsecond Spectroscopy
Research Interests
(iii) 환경 의존 광동역학
(iii) Environment-Dependent Photodynamics
같은 분자라도 주변 환경에 따라 빛을 흡수한 뒤의 이완 경로는 크게 달라질 수 있습니다. 용매는 전하이동 상태의 안정화와 용매화 동역학을 조절하고, 분자 응집은 새로운 발광 상태와 비복사 이완 경로를 만들 수 있으며, 광학 cavity는 빛–물질 결합을 통해 폴라리톤 상태와 새로운 이완 경로를 유도할 수 있습니다. 저희 연구실은 초고속 분광학을 이용하여 이러한 환경 변화가 들뜬 상태 동역학과 광물성을 어떻게 바꾸는지 탐구합니다.
Even for the same molecule, excited-state relaxation pathways can change dramatically depending on the surrounding environment. Solvents can stabilize charge-transfer states and control solvation dynamics, molecular aggregation can create new emissive states and nonradiative relaxation pathways, and optical cavities can induce polariton states through light–matter coupling. Our laboratory uses ultrafast spectroscopy to investigate how these environmental factors reshape excited-state dynamics and photophysical properties.
References
광기능 소재의 성능은 빛을 흡수한 뒤 형성되는 들뜬 상태가 어떤 경로로 이완되는지에 의해 결정됩니다. 저희 연구실은 OLED, 광촉매, 태양전지 소재 등에서 발광 상태 형성, 전하이동, 에너지 전달, 비복사 손실, 전하 재결합과 같은 과정을 시간 영역에서 추적합니다. 이를 통해 소재의 효율과 안정성을 제한하는 근본 원인을 밝히고, 더 나은 광기능 소재 설계를 위한 분자 수준의 원리를 제시하고자 합니다.
The performance of functional photoactive materials is governed by how excited states evolve after light absorption. Our laboratory tracks processes such as emissive-state formation, charge transfer, energy transfer, nonradiative loss, and charge recombination in materials relevant to OLEDs, photocatalysis, and solar energy conversion. Through these studies, we aim to identify the molecular origins of efficiency loss and establish design principles for improved functional materials.
References
J. Chem. Phys. 2022, 157 (18), 184701.
(iv) 광기능 소재 동역학
(iv) Excited-State Dynamics of Photoacitve Materials
(v) 편광/카이랄 동역학
(v) Polarization and Chirality Dependent Dynamics
카이랄 분자와 광기능 소재는 편광된 빛과 선택적으로 상호작용할 수 있습니다. 이러한 특성은 원형 편광 발광, 카이랄 광응답, 편광 디스플레이 및 차세대 광소자와도 밀접하게 관련됩니다. 저희 연구실은 time-resolved CD 및 CPL 분광 장치를 제작하여, 카이랄 구조와 편광된 빛의 상호작용이 들뜬 상태 동역학에서 어떻게 나타나는지 탐구하고자 합니다.
Chiral molecules and functional materials can interact selectively with polarized light, leading to phenomena relevant to circularly polarized luminescence, chiral photoresponses, polarization-based displays, and next-generation optical devices. Our laboratory aims to build time-resolved CD and CPL spectroscopy to investigate how interactions between chiral structures and polarized light emerge in excited-state dynamics.