빛의 색깔과 편광이 서로 제어되는 양자선 광원 개발
육각연필 구조에서 색깔과 편광이 다른 양자선 형성, 색깔과 편광 동시 제어
□ 마이크로 디스플레이나 홀로그램, 정밀측량, 의료기기 등 광범위한 분야에서 광원으로 쓰일 수 있는 색깔과 편광이 서로 얽힌 새로운 소형
광원구조가 나왔다.
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 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 활용하여 복잡한 양자선 정렬 문제를 해결했다.
○ 머리카락 보다 얇은 육각형 막대 구조를 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.
