마음대로 빛을 컨트롤하는 기술 개발

박홍규 교수, Nature Communications 논문 게재

        
▲ 박홍규 교수(고려대), 김경호(고려대), 김석형(미국 노스캐롤라이나대)

고려대 KU-KIST 융합대학원 및 물리학과 박홍규 교수 연구팀은 미국 노스캐롤라이나 대학 화학과의 James Cahoon 교수팀과의 공동연구를 통해, 원하는 색깔의 빛만을 선택하여 긴 거리를 전송하고 전송된 빛을 마음대로 끄거나 켤 수 있는 새로운 “나노 빛 스위치(optical switch)”를 개발했다. 지름이 수백 나노미터에 불과한 실리콘 나노선을 이용해 구현한 이 연구 결과는 7월 17일 세계적인 학술지인 Nature Communications에 출판됐다.

연구팀은 ENGRAVE(Encoded Nanowire Growth and Appearance through VLS and Etching)라 불리는 복잡한 모양의 나노선을 합성하는 새로운 방법을 개발하여 나노선의 지름을 정확하게 변화시키는데 성공했다. 또한 나노선에서 전파되는 빛의 색깔을 효과적으로 선택할 수 있었는데, 이는 나노구조체에서 나타나는 독특한 빛의 산란 효과인 Mie 공진(Mie resonance)을 이용한 최초의 실험 결과이다. 게다가 나노선을 통해 전송되는 빛의 색깔은 주위 환경에 매우 민감하게 반응하므로, 빛의 색깔을 확인하는 것만으로 환경의 변화를 감지하는 새로운 센서로 이용할 수 있었다.

본 연구 결과는 전기가 아닌 빛으로 동작하는 새로운 광컴퓨터를 개발하는데 새로운 이정표를 제시하고 있다. 빛을 보다 효과적으로 제어하고 사용할 수 있는 중요한 성과를 이루었음을 의미한다. 특히 “나노 빛 스위치”는 광컴퓨터를 구성하는 핵심 부품으로서, 전자를 빛으로 대체하여 불필요한 열을 줄이고 빛의 속도로 빠른 계산을 수행하는데 매우 유용하다. 또한, 본 연구를 통해 광학 부품들을 소형화하여 빛의 손실을 줄이고, 광학 부품과 기존의 전자 부품을 훨씬 쉽게 결합할 수 있다.

이번 논문의 정보는 아래와 같다.

- 저자정보: 김석형 (제1저자, 노스캐롤라이나대), 김경호 (제2저자, 고려대학교), 박홍규 (교신저자, 고려대학교), James Cahoon (교신저자, 노스캐롤라이나대)
- 논문명 : Mie-coupled bound guided states in nanowire geometric superlattices, Nature Communications 9, 2781 (2018).

▲ 지름이 주기적으로 변하는 실리콘 나노선에서 원하는 색깔의 빛만이 나노선을 따라 진행하는 것을 보여주는 실험 사진

기사작성 : 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)

사진촬영 : 커뮤니케이션팀 김나윤(nayoonkim@korea.ac.kr)