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빛 색깔 바꾸는 '제3의 방법' 증명했다

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빛 색깔 바꾸는 '제3의 방법' 증명했다

2020.01.17 09:06
박홍규 고려대 물리학과 교수 연구팀은 나노실린더 구조에 빛을 가둬 빛의 색깔을 원하는 대로 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다. 한국연구재단 제공
박홍규 고려대 물리학과 교수 연구팀은 나노실린더 구조에 빛을 가둬 빛의 색깔을 원하는 대로 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다. 한국연구재단 제공

빛의 색깔을 원하는 대로 바꾸는 방법은 광섬유 경계면에서 빛을 100% 반사하는 현상인 ‘전반사’와 광결정에서 나타나는 특정 파장 빛의 반사를 이용하는 방법 두 가지가 있다. 최근 들어 제3의 방법으로 수 나노미터(nm·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 입자를 가진 나노 구조에 빛을 집중시켜 빛을 제어하고 빛의 파장을 바꾸는 방법이 이론적으로 제시됐다. 하지만 아직까지 실험적으로 입증된 적은 없다. 국내 연구팀이 이 방법에 대한 실험적 증거를 밝히는 데 성공했다. 


박홍규 고려대 물리학과 교수 연구팀은 나노실린더 구조에 빛을 가둬 빛의 색깔을 원하는 대로 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스’ 17일자에 발표했다.


연구팀은 제3의 방법에 대한 실험적 증거를 찾기 위해 머리카락보다 백 배 가느다란 나노실린더에 적외선 영역의 빛을 가두고 그 모습을 관찰했다. 관찰을 용이하게 하기 위해 나노실린더 구조와 크기를 최적화하고 빛을 도넛 모양으로 만들어 파장변환이 극명하게 나타나도록 했다. 연구팀은 “약한 빛이 쏘아지더라도 나노실린더와 강하게 상호작용하며 빛의 파장변화 효율이 높아지도록 설계한 것”이라고 설명했다.


그 결과 기존 나노구조체 대비 빛의 파장변환 효율을 100배 이상 높이는데 성공했다. 붉은 빛의 적외선이 아닌 가시광선 영역의 빛인 청색 빛이 출력되는 현상도 관찰하는 데 성공했다. 연구팀은 “빛을 다양한 다른 색깔의 빛으로 변환시킬 수 있는 가능성을 증명한 것”이라고 말했다.


박 교수는 “비선형 광소자와 레이저는 작은 공간안에 빛을 가둔다는 측면에서 동일한 원리로 동작한다”며 “비선형 물질 대신 빛을 발생시키는 물질로 구성된 나노실린더 구조를 제작하면 가장 작은 유전체 나노레이저를 만들 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

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