'잡음'만 선택해 제거..양자 광원 순도 높일 기술 개발

조용훈 KAIST 교수팀 연구, 이온빔 모아 활용

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 다양한 양자 광소자에 접목할 수 있는 기술을 선보였다.

조용훈 KAIST 물리학과 교수.(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 조용훈 물리학과 교수 연구팀이 집속 이온빔을 이용해 반도체 피라미드 구조의 꼭짓점에 형성된 단일 양자점(퀀텀닷)의 단광자 순도를 높이는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

양자 광원은 동시에 두 개 이상의 광자를 방출하지 않고 한 개의 광자씩만 방출하는 물체이다. 양자역학 원리상 단일 양자 정보를 복사할 수 없기 때문에 해킹에서 안전한 양자 통신에 쓸 수 있다.

반도체 기반 양자점은 칩에 쌓고, 전기 구동이 가능하다는 점에서 연구가 이뤄지고 있다. 하지만 반도체 양자점 기반 양자 광원에 양자점 주변 구조에서 배경 잡음이 발생한다.

발생한 배경 잡음은 양자광의 성질을 약하게 만들어 해킹당할 가능성을 높이기 때문에 이를 줄여야 한다. 그동안 다양한 방법을 동원했지만 양자점의 양자광 신호를 줖이거나 양자점 주변의 구조를 파괴했다.

이에 연구팀은 집속 이온빔을 이용해 양자점 주변의 구조를 물리적으로 파괴하지 않고, 양자광 신호도 약화시키지 않은 채 배경 잡음 신호만을 없앨 기술을 개발했다. 반도체 피라미드 구조의 꼭짓점에 정교하게 형성된 양자점에 기술도 적용했다.

특히 양자점의 발광 신호와 구조체를 파괴하지 않고 배경 잡음만을 나노단위로 소광하는 기술을 개발해 피라미드 꼭짓점처럼 위치가 제어된 양자점이나 다양한 반도체 양자점 기반의 양자 광소자나 광 집적회로에서 원하지 않는 신호를 없애 소자 성능을 높였다. 소광은 형광물질이 외부 영향으로 에너지를 빼앗겨 빛을 내뿜는 정도가 줄어드는 것을 뜻한다.

조용훈 교수는 “집속 이온빔을 이용해 원하지 않는 주변 배경 잡음 신호를 선택적으로 소광할 고분해능 기법을 개발했다”며 “다양한 양자 광소자와 광 집적회로, 디스플레이 분야에도 응용할 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 나노 과학 분야 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 27일자로 출간됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)