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"양자물질 성질 마음대로 조절"…광소자 신기술, 세계 첫 구현

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  • 변휘 기자
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  • 2021.12.09 01:00
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서울대 박제근 교수팀 국제공동연구…실리콘 기반 반도체칩 '대체' 가능

"양자물질 성질 마음대로 조절"…광소자 신기술, 세계 첫 구현
국내 연구진이 양자물질의 전기적·자기적 ·광학적성질을 마음대로 조절할 수 있는 '차세대 광소자 기술' 구현에 성공했다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 서울대 물리천문학부 박제근 교수 연구진과 캘리포니아 공과대학 물리학부 D. Hsieh 교수 연구진이 양자물질의 성질을 원하는 대로 조절할 수 있는 차세대 광소자 기술을 세계 최초로 구현했다고 9일 밝혔다.

연구진은 벌집 형태의 평면 구조를 지닌 절연체인 삼황화린망간(MnPS3)에 강한 빛을 가해 이 물질의 광학적 성질이 크게 바뀌는 것을 확인하고, 구조 계산을 통해 관측값과 이론값이 일치함을 규명했다.

기존 연구에서는 강한 빛으로 인한 발열이나 손상 우려 때문에 약한 빛만을 이용했는데, 이번 연구는 강한 빛을 이용해 실험적으로 구현한 세계 최초의 사례다.

이번에 연구진이 구현한 기술은 물질의 전기적·자기적·광학적 성질을 원하는 대로 조절할 수 있는 차세대 광소자 기술인 양자 플로켓 공학(Floquet engineering) 기술을 구현한 것으로, 재료과학 또는 광학 분야에서 앞으로 높은 활용도가 기대된다.

특히 기존 실리콘 기반의 반도체 칩을 빛을 이용한 광전자소자로 대체할 수 있다. 이 경우 열 손실을 크게 줄일 수 있어 에너지 소모를 근본적으로 해결하고, 우리 사회의 저탄소 환경을 구현하는데 기여할 전망이다.

박제근 교수는 "이번 연구 성과는 플로켓 공학 기술을 2차원 양자물질에서 구현한 첫 사례"라며 "빠르게 성장하는 플로켓 공학 분야에서 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.

과기정통부 개인기초연구사업 중 리더연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지인 네이처(Nature)에 게재됐다.



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