마이크로 브릴루앙 산란장치의 구성 및 이를 이용한 응집물질의 탄성특성 측정 = Development of a Micro-Brillouin Spectrometer and its Application to Measurements of the Elastic Properties of Condensed Matter

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A micro-Brillouin spectrometer by which the elastic properties of condensed matter could be measured on a micrometer scale was developed by combining a conventional tandem multi-pass Fabry-Perot interferometer and a specially-designed microscope in a backscattering configuration. With the high magnifying power and short focal length of the objective lens, a spatial resolution of about 1㎛ could be obtained. By using this spectrometer, we were able to measure successfully for the first time the elastic constants of an ibuprofen single crystal, one of the most representative pharmaceuticals. In addition, the micro-heterogeneity of Pb{Zr_(1-x)Ti_x}O₃(PZT) single crystals was investigated by monitoring the positional dependence of the Brillouin shift. The Brillouin shift was found to be very sensitive to the measurement position, which indicates that the elastic property of PZT single crystals differs from one micro-area to another. This was ascribed to a possible compositional gradient inherent in the PZT single crystals. The present study showed that the micro-Brillouin spectrometer could be a powerful tool in investigations of the elastic properties of very small amounts of condensed matter and their changes on a micrometer scale.

국문 초록 (Abstract)

마이크로미터 스케일에서 응집물질의 탄성특성을 측정할 수 있는마이크로 브릴루앙 산란장치를 상용화된 탄뎀 다중통과 파브리-페롯간섭계와 역산란용으로 특별히 고안된 현미경을 결합하여 구성하였다. 그결과 ~1㎛ 정도의 공간분해능을 가지는 마이크로 브릴루앙산란장치를 꾸밀 수 있었다. 구성된 장치를 이용해서 대표적 약제물질의하나인 이부프로펜의 브릴루앙 산란 스펙트럼을 상온에서 측정한 후최초로 3 개의 탄성계수를 구하였다. 아울러 본 장치의 장점인 높은공간분해능을 활용하여 Pb{Zr_(1-x)Ti_x}O₃(PZT) 단결정의탄성특성을 마이크로미터 스케일에서 위치에 따른 함수로 측정하였다. 그결과 측정위치에 따라 브릴루앙 주파수 변위가 달라지는 것을확인하였다. 이러한 결과는 PZT단결정의 위치에 따라서 Zr과 Ti의조성비가 달라지기 때문인 것으로 이해된다. 본 연구에서 소개된마이크로 브릴루앙 산란장치는 이후 크기가 매우 작은 응집물질의 탄성특성의 측정, 혹은 탄성 특성의 마이크로미터 스케일에서의 변화를정밀하게 조사하는데 있어서 매우 유용한 수단으로 사용될 수 있을것이다.

참고문헌 (Reference)

1 X. Cao, 368 : 16-, 2009

2 H. G. Danielmeyer, 47 : 151-, 1970

3 T. H. Kim, 22 : 225904-, 2010

4 Y. Li, 88 : 023112-, 2006

5 A. A. Bokov, 81 : 172103-, 2010

6 S.-S. Ha, 96 : 142512-, 2010

7 F. M. Jiang, 77 : 1271-, 2000

8 H. K. Yadav, 97 : 085502-, 2006

9 Y. Takagi, 63 : 552-, 1992

10 J. R. Sandercock, Springer 1982

11 김태현, "아스피린 단결정의 성장 및 브릴루앙 산란법에 의한 탄성계수의 온도의존성연구" 한국물리학회 58 (58): 596-601, 2009

12 조재훈, "단결정 Nd:LaSc3(BO3)4의 탄성계수" 한국물리학회 49 (49): 495-499, 2004

13 W. Hayes, "Scattering of Light byCrystals" Wiley 1978

14 B. Jaffe, "Piezoelectric Ceramics" Academic 136-, 1971

15 Tae Hyun Kim, "Micro-Brillouin Spectroscopy Applied to the Glass Transition of Anti-inflammatory Egonol" 한국광학회 14 (14): 403-408, 2010