상온 양자광원 생성을 묘사하는 그림(그림제공:UNIST 박경덕 교수)© 뉴스1

한국연구재단은 UNIST(울산과학기술원) 박경덕 교수ㆍ포항공대 노준석 교수 공동연구팀이 2차원 물질의 양자광원을 상온에서 안정적으로 생성할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 

기존 나노광학 공진기는 광원의 위치는 제어할 수 있지만 공간 분해능에 제약이 있었고, 탐침증강 광발광 나노현미경은 분해능은 높지만 양자광원 생성은 어려웠다.
  
이에 연구팀은 이 둘을 결합, 공진-나노현미경이라는 새로운 개념을 이용한 빛 제어 및 측정시스템을 설계했다.

선행연구를 통해 연속 도미노 리소그래피 공정으로 원자수준으로 뾰족한 나비넥타이 형태로 나노광학 공진기를 제작, 2차원 반도체 물질의 양자광원을 원하는 위치에서 생성할 수 있도록 했다.

공동연구팀은 이 공진기에 광발광 나노현미경을 결합, 삼중 안테나 효과를 유도함으로써 높은 효율로 양자광원을 생성했다. 이어 상온에서 약 15㎚(머리카락 두께의 약 1만분의 일)의 공간분해능으로 양자광원을 검출할 수 있었다.

실제, 이렇게 만들어진 양자광원은 안테나 효과를 적용하지 않은 반도체 양자광원 대비 밝기가 4만배 강해지는 것을 확인했다.

연구팀은 양자정보통신 소자를 위한 광원이자 나노스케일에서 양자물질을 이해하는 도구로 쓰일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또, 다양한 나노소재의 미약한 광신호를 고감도로 검출하는 데도 응용될 수 있다는 설명이다.

연구팀은 양자광원의 안정성과 품질을 더욱 높이기 위해 다양한 플라즈모닉 구조를 대상으로 비교연구를 수행하고 있다.

한편, 이번 연구성과는 재료물리분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 18일자 온라인판에 게재됐다.