가시광선 영역의 새로운 광원 `원편광` 박막형 소자 나왔다

UNIST, 카이럴 공진기 구조 이용해 소자 개발
디스플레이, 바이오센싱, 의료진단 등 광원 활용

전영철 UNIST 교수

디스플레이, 통신, 바이오센싱 등의 폭넓게 쓸 수 있는 원평광 박막형 소자가 개발됐다. 앞으로 메타버스·가상현실용 디스플레이, 3D 디스플레이, 의료진단, 양자정보처리 등에 새로운 광원 소자로 널리 쓰일 전망이다.

한국연구재단은 전영철 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀이 원편광 빛을 얻을 수 있는 '원편광 전계발광 소자'를 개발하고, 작동원리를 규명하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

원편광은 전자기파의 전기장 성분이 원을 그리며 나아가는 빛으로, 일반적으로 선형편광자와 사분파장판 같은 추가적인 광학부품을 사용해 생성한다. 하지만 다양하게 적용하려면 소자 형태의 컴팩트한 원평광 광원 개발이 필요하다. 현재 사용할 수 있는 물질 종류와 소자 특성의 한계로 상용화된 원편광 광원은 없는 상황이다.

연구팀은 다결정 실리콘 나노패턴을 페로브스카이트 발광소자 내부에 포함시키는 박막형 카이럴 공진기 구조를 제안했다. 카이럴 구조는 좌우 원편광 빛에 다르게 반응하는 구조로, 최적화된 광학구조 디자인을 통해 카이럴 특성을 극대화할 수 있다. 연구팀은 이를 토대로 가시광선뿐 아니라, 적외선, 테라헤르츠 영역 등으로 확장이 가능한 박막형 카이럴 공진기를 이용해 원편광 발광 세기와 원형 편광도를 극대화한 원편광 광원을 개발했다. 이 광원은 외부 광학부품 없이 매우 컴팩트한 소자 구조에서 가시광선 영역의 원편광 빛을 얻을 수 있다.

전영철 UNIST 교수는 "카이럴 공진기 구조를 적용한 박막형 소자는 다양한 영역으로 확장이 가능해 원편광 광원의 상용화에 기여를 할 것으로 기대된다"며 "카이럴 공진기 구조를 활용하면 페로브스카이트 물질 외에도 다양한 발광물질 사용이 가능해 원편광 발광소자를 위한 플랫폼으로 활용될 수 있다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시즈(지난달 28일자)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr