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1000조 분의 1초 잡는 ‘초정밀 광센서’ 개발 가능해졌다

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1000조 분의 1초 잡는 ‘초정밀 광센서’ 개발 가능해졌다

2016.12.04 19:12

 

연구진의 개발 원리. 원자두께의 이황화레늄 반도체에 존재하는 서로 다른 2개의 엑시톤(사진 왼쪽)에 레이저 빛을 가하면, 레이저의 편광과 일치하는 엑시톤만 선택적으로 에너지 준위를 달리한다. - 연세대 제공
연구진의 개발 원리. 원자두께의 이황화레늄 반도체에 존재하는 서로 다른 2개의 엑시톤(사진 왼쪽)에 레이저 빛을 가하면, 레이저의 편광과 일치하는 엑시톤만 선택적으로 에너지 준위를 달리한다. - 연세대 제공

국내 연구진이 1000조 분의 1초에 불과한 짧은 시간의 빛에도 반응하는 초고속 전자기기 개발에 필요한 기초기술을 개발했다.

 

최현용 연세대 전기전자공학과 교수(사진)팀은 빛이 머리카락을 통과하는 정도의 짧은 시간 동안 전기적 신호를 제어할 수 있는 반도체 소자 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

 

연세대 제공
연세대 제공

레이저 빛은 전자기장이 특정한 방향으로 진동하는 편광현상이 존재한다. 이 현상을 통해 전자기기의 에너지 준위를 조절한다면 고속 동작 광소자를 제작할 수 있지만 현재까지 이 기술은 개발되지 않았다.

 

연구진은 2차원 반도체인 이황화레늄이 레이저 빛을 받으면 에너지 준위가 서로 다른 두 개의 엑시톤을 형성한다는 사실에 주목했다. 엑시톤은 반도체 물질이 빛을 흡수할 때 생기는 입자로, 전자와 정공이 결합해 하나처럼 움직이는 입자다.

 

이황화레늄 반도체에 펨토초(fs, 1fs는 1000조 분의 1초) 레이저를 가하자, 레이저의 편광과 방향이 일치하는 엑시톤만 움직임을 보였다. 반도체는 전류에 따라 0이나 1이라는 디지털신호를 결과로 내는데, 연구진이 개발한 기술을 이용하면 수백fs 만에 신호를 조절할 수 있다. 여러 엑시톤 중 일부만 선택적으로 조절하는 기술을 개발한 건 이번이 처음이다.

 

최 교수는 “차세대 반도체 소자로 주목받고 있는 이황화레늄 기존에 존재하지 않았던 새로운 소자로 응용할 수 있다는 사실을 확인했다”며 “펨토초 스위치, 광센서, 초고속 광통신 등을 개발해 무인자동차, 의료, 군사기술 등으로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이 연구 결과는 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 11월 18일자에 실렸다.

 

 

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