양자 암호 통신 등 활용 기대
나노실린더처럼 극한의 좁은 공간에 빛을 가둬 원하는 대로 색을 바꿀 수 있는 광소자가 개발됐다. 나노 구조체에 빛을 모아 제어할 수 있다는 이론을 실험으로 처음 증명했다.
17일 한국연구재단은 고려대 물리학과 박홍규 교수와 호주국립대 키브샤(Kivshar) 교수 연구팀이 아주 미세한 공간에 빛을 가둬 원하는 대로 색을 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다고 밝혔다.
빛을 제어하는 방법으로는 광섬유 경계면에서 일어나는 전반사와 광결정에서 나타나는 특정 파장 빛의 반사 이 두 가지가 전부였다. 21세기에 들어서 나노구조에 빛을 집속시켜 제어하고 빛의 파장을 바꾸는 제3의 방법이 이론적으로 제안됐지만 이를 입증하는 실험적 결과는 없었다.
연구팀은 머리카락의 100분의 1 수준으로 가느다란 나노실린더에 적외선 영역의 빛을 가두자 적외선이 아닌 가시광선 영역의 빛이 출력되는 현상을 직접 관측했다. 붉은 빛이 극한의 좁은 공간에 갇히면 청색의 빛으로 빠져나오는 빛의 비선형성을 강화시킨 결과다. 입사한 빛을 여러 다른 색깔(파장)의 빛으로 변환시킬 수 있는 가능성을 실험을 통해 실제 확인한 것이다.
연구팀은 약한 빛이 입사하더라도 나노실린더를 이루는 화합물 반도체(AlGaAs)와 강하게 상호작용 하면서 빛의 파장변환 효율이 크게 높아지도록 설계했고, 기존 나노구조체 대비 빛의 파장변환 효율을 100배 이상 높일 수 있었다고 설명했다.
향후 빛 알갱이 하나의 색깔까지 바꿔 양자 암호 통신에 응용될 수 있을 것으로 전망된다.
이번 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언스(Science)’에 17일 게재됐다.
