[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 국내 연구진이 반도체 칩의 열손실을 획기적으로 줄일 수 있는 대체재로 꼽히는 광전자소자의 상용 가능성이 세계 최초로 구현했다.

과학기술정보통신부는 박제근 서울대 물리천문학부 교수 연구팀과 디 솁(D. Hsieh) 미국 캘리포니아 공과대학 물리학부 교수 연구 교수 연구팀이 양자물질의 전기·자기적 성질을 조절할 수 있는 차세대 광소자 기술을 세계최초로 구현했다고 9일 밝혔다.

강한 주기적 구동에 의한 2차 고조파 발생 세기 감소 및 빛의 세기와 편광에 대한 의존성의 실험값과 이론 계산값 결과도 [자료=과학기술정보통신부] 2021.12.08 biggerthanseoul@newspim.com

연구진은 벌집 형태의 평면구조를 지닌 절연체인 삼황화린망간(MnPS3)에 강한 빛(>109 V/m)을 가해 이 물질의 광학적 성질이 크게 바뀌는 것을 실험으로 확인하고, 구조 계산을 통해 관측값과 이론값이 일치한다는 사실을 규명했다.

기존 연구에서는 강한 빛으로 인한 발열이나 손상 우려 때문에 약한 빛(~107 V/m)만을 이용했는데, 이번 연구는 강한 빛(>109 V/m)을 이용해 실험적으로 구현한 세계 최초의 결과로 평가된다.

이번에 연구진이 구현한 기술은 물질의 전기·자기·광학적 성질을 원하는 대로 조절할 수 있는 차세대 광소자 기술인 양자 플로켓 공학(Floquet engineering) 기술을 세계 최초로 구현한 것이다. 이에 따라 재료과학 또는 광학 분야에서 향후 높은 활용도가 기대된다.

실제 기존 실리콘 기반의 반도체 칩을 빛을 이용한 광전자소자로 대체할 수 있을 것으로 예상된다. 이 경우 열손실을 크게 줄일 수 있어 에너지 소모 문제를 근본적으로 해결해 우리 사회가 저탄소사회로 가는 데 중요한 핵심기술로도 주목받고 있다.

박제근 교수는 "이번 연구성과는 플로켓 공학 기술을 2차원 양자물질에서 구현한 첫 사례"라며 "빠르게 성장하고 있는 플로켓 공학 분야에서 중요한 전환점이 될 것"이라고 설명했다. 

플로켓 공학기술은 강한 주기적 구동(periodic driving)으로 물질 내의 양자 시스템을 조종하는 기술이다. 많은 이론적 제안과 연구가 이루어졌으나 아직 실제 물질에서 구현된 적은 없다. 이번 연구 결과는 국제학술지인 네이처(Nature)에 9일 게재됐다.

biggerthanseoul@newspim.com