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그래핀 단점 활용했더니···'나노레이저 色' 자유자재로

박홍규 고려대 교수 "광학컴퓨터 개발 등 적용 가능할 것"
박홍규 교수.<사진=미래부 제공>박홍규 교수.<사진=미래부 제공>
빛을 흡수하는 그래핀의 성질을 활용해 나노레이저 컬러를 자유자재로 바꿀 수 있는 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다. 빛의 속도로 빠른 미래 컴퓨터인 광학컴퓨터 개발 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

미래부에 따르면 박홍규 고려대 교수팀은 나노레이저를 가깝게 위치시키고 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮어서 빛의 손실되는 부분과 빛이 발생하는 부분을 따로 분리, 이를 통해 두 가지 색깔의 빛이 한 가지 색깔의 빛으로 바뀌는 물리적 현상을 실험적으로 최초 관측하는데 성공했다. 

이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 지난해 12월 21일자로 게재됐다.

연구팀에 의하면 광소자에서 빛을 발생시키는 부분과 빛이 손실되는 부분을 공간적으로 따로 분리해 위치시키면 이 둘 사이에 상호작용이 발생해 새로운 광학 특성이 나타나게 된다. 이 때 새로운 현상이 나타나기 시작하는 지점을 특이점(exceptional point)이라 한다. 특이점은 잘 활용하면 기존의 개념으로는 얻을 수 없었던 새로운 광학 소자의 개발이 가능하다. 

그러나 기존 특이점 연구는 큰 레이저에서 이루어졌기 때문에 직접적인 관측이 어려웠다. 나노미터 크기의 작은 레이저에서는 빛을 발생시키는 부분과 손실되는 부분을 따로 분리하는 것이 매우 어려워 연구에 한계가 존재했다. 

연구진은 나노레이저의 빛 손실을 인위적으로 주기 위해 그래핀을 이용했다. 그래핀은 뛰어난 전기적 특성에도 불구하고 광학적 특성이 나빠 빛 손실과 광소자 특성을 나쁘게 해 레이저와 같은 광소자에는 사용되기 힘들었지만 이런 특성을 역으로 이용한 것이다.

연구진은 반도체 물질을 이용해 수백 나노미터 크기의 매우 작은 두 개의 동일한 광결정 레이저를 제작, 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮어서 빛의 발생과 손실을 각각의 레이저에서 효과적으로 분리했다. 그래핀의 덮은 면적 조절을 통해 레이저 색 조절도 자유롭게 가능했다. 

박홍규 교수는 "이 연구는 그래핀을 이용해 나노레이저의 특이점을 제어할 수 있음을 최초로 발견한 것이다. 물리 현상의 새로운 발견"이라며 "레이저 빛의 특성을 효과적으로 바꿀 수 있어 미래 광학컴퓨터 개발 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 
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