KAIST 물리학과 조용훈 교수팀, “상온서 작동 가능한 광소자로 활용”
실생활에 응용되는 광소자는 빛과 물질의 상호작용을 기반으로 하는데, 빛이 물질 내부에 충분히 오랫동안 머물 수 있는 적절한 조건을 만들면 서로가 강하게 상호작용을 하면서 빛도 물질도 아닌 ‘폴라리톤’이라는 제3의 입자를 생성한다.
특히 반도체 내부에 존재하는 엑시톤과 빛을 강하게 결합시키면 ‘엑시톤 폴라리톤’이라는 입자가 만들어진다.
이처럼 빛이 물질 내부에 충분히 머물기 위해선 좋은 품질의 거울 구조를 만드는 것이 필수적이지만, 100%에 가까운 반사율을 갖는 거울 구조를 만드는 반도체 기술은 공정이 매우 복잡하고 제작 시간이 오래 걸린다는 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 거울 대신 육각기둥모양의 질화물 반도체 마이크로막대를 이용했다.
이 막대를 사용하면 거울이 없어도 전반사의 원리로 인해 빛이 물질 내부에 갇혀 빛과 물질이 강한 상호작용을 하게 되는 것이다.
연구팀은 빛이 갇혀서 맴돌게 되는 위치에 질화물 반도체 양자우물을 성장시켜 기존 구조보다 약 5배 이상 강한 빛과 물질의 상호작용을 얻고, 이를 통해 상온에서도 엑시톤 폴라리톤 입자가 형성됨을 검증했다.
조 교수는 “전통적 레이저의 문턱전류 한계를 넘는 폴라리톤 레이저 개발로 이어질 수 있을 것”이라며 “지속적인 연구를 통해 상온에서 작동이 가능한 양자 광소자로 활용되길 기대한다”고 말했다.
나운규 기자 sendme@cctoday.co.kr