빛의 색깔과 편광이 서로 제어되는 양자선 광원 개발
빛의 색깔과 편광이 서로 제어되는 양자선 광원 개발
  • 한국과학경제
  • 승인 2019.12.23 23:00
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육각연필 구조에서 색깔과 편광이 다른 양자선 형성, 색깔과 편광 동시 제어
육각형 막대 구조의 모서리 방향을 따라 자발적으로 형성된 양자선 수직 배열 광원의 색깔과 편광 상태 모식도초록색으로 표시된 첫 번째 양자선 그룹은 막대에 평행한 편광상태를 보이며, 적색으로 표시된 두 번째 양자선 그룹은 막대에 수직한 편광상태를 보인다. 파란색으로 표시된 막대의 면은 非편광상태를 보인다. (단, 그림에 사용된 색은 설명을 위한 것으로 실제 발광 색과는 차이가 있음)
육각형 막대 구조의 모서리 방향을 따라 자발적으로 형성된 양자선 수직 배열 광원의 색깔과 편광 상태 모식도초록색으로 표시된 첫 번째 양자선 그룹은 막대에 평행한 편광상태를 보이며, 적색으로 표시된 두 번째 양자선 그룹은 막대에 수직한 편광상태를 보인다. 파란색으로 표시된 막대의 면은 非편광상태를 보인다. (단, 그림에 사용된 색은 설명을 위한 것으로 실제 발광 색과는 차이가 있음)

 

【한국과학경제=박정민 기자】 마이크로 디스플레이나 홀로그램, 정밀측량, 의료기기 등 광범위한 분야에서 광원으로 쓰일 수 있는 색깔과 편광이 서로 얽힌 새로운 소형 광원구조가 나왔다.

한국연구재단은 조용훈 교수(KAIST 물리학과) 연구팀이 머리카락 굵기보다 100배 가느다란 육각연필 형태의 구조 안에서 다색-다편광 특성을 갖는 양자선 수직배열 광원 개발에 성공했다고 밝혔다.

여러 색깔과 편광을 동시에 상호 제어할 수 있는 고효율 소형 광원은 하나의 요소만으로도 두 가지 물리량을 동시에 제어 할 수 있어 마이크로 디스플레이와 홀로그램, 정밀측량, 의료기기 등에 광범위하게 활용될 수 있다.

반도체 양자선 구조는 물질의 조성이나 두께 변화를 통해 색을 조절할 수 있는데다 나노 단위에서 발생하는 효과를 이용해 편광 방향을 조절할 수 있어 효율적인 소형 광원으로 꼽힌다.

기존에도 단순한 형태의 양자선은 있었지만 나노 단위의 정밀한 제어가 어려워 색깔과 편광을 동시에 조절할 수 있고 수직으로 정렬된 양자선 배열을 구현하기는 어려웠다.

연구팀은 육각연필을 닮은 반도체 기반의 육각형 마이크로 막대 구조를 활용해 복잡한 양자선 정렬 문제를 해결했다.

머리카락 보다 얇은 육각형 막대구조를 먼저 형성시킨 후 이 구조를 기본 틀로 활용하여 얇은 층의 물질을 성장하면 막대 구조의 모서리 방향을 따라 1차원 구조인 양자선들이 자발적으로 배열되도록 한 것이다.

그 결과 육각연필 구조의 길이 방향으로 만들어진 양자선은 청색으로 축 방향과 나란한 편광을 지니는 반면, 연필대와 연필심의 기울어진 부분과 만나는 단면에 형성된 양자선은 녹색을 띠며 축 방향에 수직한 편광을 갖는다.

이러한 구조로 인해 색깔을 제어하면서 편광을 바꿀 수 있고 이와 반대로 편광을 제어해도 색깔을 바꿀 수 있다. 기존에는 색깔을 제어하려면 셀로판지 같은 컬러필터를 이용했고, 편광을 제어하기 위해서는 편광판을 이용해야 했다.

육각연필 구조의 양자선 구조를 이용해 서로 다른 색깔과 서로 방향이 교차하는 편광을 얻은 이 연구결과는 기존 LCD 패널과 다르게 컬러필터 없이도 액정의 편광 특성을 이용해서 색깔을 선택할 수 있고, 반대로 컬러필터만으로도 편광 특성까지 제어할 수 있어, 초소형 기능성 광원으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최성한 박사와 송현규 박사과정 연구원이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구의 결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’에 12월 11일 게재되었다.


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