UNIST, 가시광선 영역 박막형 원편광 광원 개발

- 디스플레이, 바이오센싱, 양자정보처리용 소자기술 향상

전영철 UNIST 신소재공하고가 교수.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리나라를 포함한 국제 공동연구진이 가시광선 영역의 원편광 빛을 발생하는 박막형 소자를 개발했다.

한국연구재단은 울산과학기술원(UNIST) 전영철(사진) 교수연구팀이 박막형 소자에서 원편광 빛을 바로 얻을 수 있는 원편광 전계발광 소자를 개발하고, 실험 및 이론분석을 통해 작동원리를 규명했다고 밝혔다.

원편광의 빛을 발생하는 원편광 광원은 디스플레이, 통신, 바이오센싱, 의료 진단, 양자 상태 조절 등에 폭넓게 활용이 가능해 미래산업에 중요한 새로운 광원으로 주목받고 있다.

원편광 빛은 보통 추가 광학 부품을 이용해 생성하는데, 다양한 응용을 위해서는 전기로 원편광 빛을 생성하는 전계발광 소자가 적용된 콤팩트한 원편광 광원이 필요하다.

그러나 사용할 수 있는 물질의 종류 및 소자 특성의 한계로 현재 상용화된 원편광 광원은 없는 상태다.

연구팀은 유전체(다결정 실리콘, poly-silicon) 나노 패턴을 페로브스카이트 발광소자 내부에 포함시키는 박막형 카이럴 공진기 구조를 제안했다.

카이럴 구조는 좌·우 원편광 빛에 대해 다르게 반응하는 구조로서 최적화된 광학구조 디자인을 통해 카이럴 특성을 극대화할 수 있다.

박막형 원편광 광원의 주요 실험결과.[UNIST 제공]

가시광선뿐 아니라 적외선, 테라헤르츠 영역 등으로도 확장이 가능한 박막형 카이럴 공진기를 이용해 원편광의 발광 세기 및 원형편광도를 극대화한 원편광 광원을 개발하는 데 성공했다.

이를 통해 외부 광학부품 없이 매우 컴팩트한 소자 구조에서 가시광선 영역의 원편광 빛을 얻을 수 있었다.

전영철 교수는 “카이럴 공진기 구조를 활용하면 페로브스카이트 물질 외에도 다양한 발광물질 사용이 가능하며 원편광 발광소자를 위한 실용적인 플랫폼이 될 것으로 보인다”며 “카이럴 공진기는 다양한 영역으로의 확장이 가능해 원편광 광원의 상용화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 박막형 소자 제작은 UNIST 김진영 교수팀과 협력하여 제작했다. 또한 박막형 카이럴 공진기의 광학적 특성에 대한 자세한 이론적 분석을 호주국립대 유리 키브샤 교수, 러시아과학원 맥심 고쿠노브 박사와 협력해 진행했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 및 기본연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 6월 28일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com