[장민석교수, 메나브데 세르게이 연구교수, 왼쪽부터]
한국과학기술원(KAIST)은 공동연구를 통해 고도로 구속된 빛이 전파될 수 있는 새로운 플랫폼을 2차원 물질 박막으로 구현했다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 향후 강한 빛-물질 상호작용에 기반한 차세대 광전자 소자 개발에 기여할 것으로 예상된다.
원자 한 층으로 이뤄진 2차원 물질이 쌓이면 기존 2차원 물질과 다른 특성을 보이는 ‘반데르발스 결정’이 된다. ‘포논-폴라리톤’은 전기를 띠는 물질 속 이온 진동이 전자기파에 결합된 형태를 말한다. 특히 고전도도 금속에 놓인 반데르발스 결정에 생성되는 포논-폴라리톤은 응축성이 극대화된다. 폴라리톤 결정 속 전하가 영상 전하 영향으로 금속에 반사돼 ‘영상 포논-폴라리톤’ 이라는 새로운 폴라리톤이 생성되기 때문이다.
영상 포논-폴라리톤 형태로 전파되는 빛은 강한 빛-물질 상호작용을 유도할 수 있는데, 금속 표면이 거칠 경우 생성이 억제된다. 이에 기반한 광소자 실현 가능성이 제한된다. 이런 한계점을 돌파하고자 다섯 연구팀이 협업해 단결정 금속 위 영상 포논 폴라리톤 측정에 성공했다.
장민석 교수는 “이번 연구결과는 영상 폴라리톤, 특히 영상 포논-폴라리톤 장점을 잘 보여준다. 특히 영상 포논-폴라리톤이 갖는 저손실성과 강한 빛-물질 상호작용은 차세대 광전자 소자 개발에 응용될 수 있을 것으로 보인다”며 “연구팀의 실험 결과가 향후 메타표면, 광스위치, 광 센서 등 고효율 나노광학 소자 실용화를 앞당기는 데 도움이 되기를 바란다”고 설명했다.
메나브데 세르게이 연구교수가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난 13일자 게재됐다. 한편 이번 연구는 삼성미래기술육성센터와 한국연구재단 지원을 받아 진행됐으며, 한국과학기술연구원(KIST), 일본 문부과학성, 덴마크 빌룸 재단 지원을 받았다.
□ 연구성과도
[그림 1. hBN에 진행하는 영상 포논-폴라리톤을 초고화질로 측정하기 위해 사용되는 나노 팁]
□ 관련 링크 : 전자신문등 14개 언론 주요 링크
