[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 1000배 넘게 응축된 빛을 관측하는 데 성공했다.

KAIST는 전기및전자공학부 장민석 교수가 이끄는 국제 공동 연구팀이 그래핀 나노층 구조에 1000배 넘게 응축돼 가둬진 중적외선 파동의 이미지를 세계 최초로 얻어내 초미시 영역에서 전자기파의 거동을 관측했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 수 나노미터 크기의 도파로에 초고도로 응축된 '그래핀 플라즈몬'을 이용했다.

그래핀 플라즈몬는 나노 물질 그래핀의 자유 전자들이 전자기파와 결합해 집단으로 진동하는 현상을 말한다. 최근 이 플라즈몬들이 빛을 그래핀과 금속판 사이에 있는 아주 얇은 유전체에 가둬 새로운 모드를 만들 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

연구 개념도[사진=카이스트] 2021.03.02 memory4444444@newspim.com

연구팀은 민감도가 매우 높은 산란형 주사 근접장 광학현미경(s-SNOM)을 이용해 나노미터 단위의 도파로를 따라 진동하는 AGP를 세계 최초로 직접적으로 검출하고 중적외선이 1000배 넘게 응축된 현상을 시각화했다.

나노 구조들은 미국의 미네소타 대학(University of Minnesota)의 전자 및 컴퓨터 공학부의 오상현 교수팀이 제작했으며 그래핀은 성균관대학교의 IBS 나노구조물리연구단(CINAP) 이영희 연구단장팀이 합성했다.

연구팀은 AGP 에너지의 대부분이 그래핀 아래에 있는 유전체층에 집중된 상황에서도 AGP를 검출했는데 이는 오상현 교수와 이인호 박사 후 연구원이 만든 고도로 반듯한 나노 도파로와 CINAP에서 합성한 순도 높은 대면적 그래핀 덕분에 플라즈몬이 보다 긴 거리를 전파할 수 있는 환경이 조성됐기 때문이다.

장민석 교수는 "이번 연구를 통해 어쿠스틱 그래핀 플라즈몬의 초고도로 응축된 전자기장을 근접장 측정을 통해 관측할 수 있었다ˮ며 "앞으로 강한 물질-빛 상호작용이 필요한 다른 상황에서도 어쿠스틱 그래핀 플라즈몬을 이용한 연구가 활발해지길 기대한다ˮ고 말했다.

KAIST 전기및전자공학부 세르게이 박사(왼쪽)와 장민석 교수가 기념사진을 촬영하고 있다.[사진=카이스트] 2021.03.02 memory4444444@newspim.com

이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터 및 한국연구재단(NRF), 미국의 National Science Foundation(NSF), 삼성 글로벌 공동연구 프로그램(GRO), 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 수행됐다.

메나브데 세르게이(Sergey Menabde) 박사와 이인호 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 2월 19일 게재됐다.

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