스토크스 이동 – Stokes Shift

스토크스 이동은 어떤 물질(분자나 원자)가 동일한 전자 천이(electronic transition)과정을 거칠 때 에너지가 최대인 파장(band maxima)이 흡수할 때와 방출할 때의 스펙트럼에서 다르게 나타나는 현상입니다.

분자나 원자로 이루어진 어떤 계(system)가 광자(photon)를 흡수하면, 에너지를 얻게 되고 들뜬 상태(excitied state)로 진입합니다. 이 계가 다시 원래 상태로 돌아가려면 에너지를 방출해야 하고, 열이나 광자를 내는 것으로 에너지를 방출할 수 있습니다. 방출하는 광자의 에너지가 흡수한 광자의 에너지보다 작을 때, 이 에너지 차이를 스토크스 이동이라고 합니다.

스토크스 이동

스토크스 이동

만약 방출되는 광자의 에너지가 흡수한 광자의 에너지보다 클 때, 그 차이는 반-스토크스 이동(anti-Stokes shift)이라고 합니다. 이런 경우 방출된 광자에는 결정 격자의 포논(phonon)이 소멸되면서 생긴 에너지가 더해졌다고 합니다. 가돌리늄 옥시설파이드(gadolinium oxysulfide)를 도핑한 이트륨 옥시설파이드(Yttrium oxysulfide)가 흔한(;흔히 볼 수 있는건 아니죠 ㅎㅎ) 반-스토크스 이동을 하는 물질입니다. 이 물질은 적외선 근처의 빛을 받아서 가시광선대의 빛을 방출합니다.

스토크스 형광(fluorescence)은 어떤 분자가 특정 파장의 광자를 흡수해서 더 긴 파장의 광자를 내보내는 것입니다. 그 분자의 구조적 특성에 따라서 흡수하거나 방출하는 에너지가 정해집니다. 물질이 광자를 받아서 들뜬 상태를 유지하는 시간은 약 10−8 초 정도 입니다. 이 시간은 물질에 따라 몇 자리 씩 변하기도 합니다. 그리고 이 시간을 그 물질의 형광수명(fluorescence lifetime)이라고 합니다.

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