디스플레이·센서·양자 연구에 쓰는 원편광 광원 기술 나왔다

UNIST, 박막형 원편광 전계발광 소자 개발
페로브스카이트 활용한 카이럴 공진기 구조 제안
“원편광 광원 상용화 가능할 것”

전영철 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 개발한 박막형 원편광 전계발광 소자 모식도./한국연구재단

국내 연구진이 가시광선 영역의 원편광 빛을 발생하는 박막형 소자를 개발했다. 이 기술은 디스플레이와 통신은 물론, 바이오와 양자 기술 분야에서도 폭넓게 사용될 것으로 기대된다.

전영철 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수 연구팀은 호주국립대, 러시아과학원 연구진과 함께 박막형 소자에서 원편광 빛을 바로 얻을 수 있는 원편광 전계발광 소자를 개발했다고 31일 밝혔다. 전계발광은 전기를 통한 전하주입으로 발광하는 현상을 뜻한다.

원편광은 전자기파의 전기장 성분이 원을 그리며 나가는 빛을 말한다. 원편광 광원은 다양한 분야에서 활용될 수 있는 만큼 연구가 활발하지만, 현재는 선형편광자나 사분파장판 같은 별도의 광학 부품을 이용해 생성한다. 다양한 응용이 가능한 소자 형태의 원편광 광원은 물질 종류와 소자 특성의 한계로 상용화되지 않은 상태다.

연구팀은 다결정 실리콘 나노 패턴을 페로브스카이트 발광소자 내부에 넣는 박막형 카이럴 공진기 구조를 제안했다. 페로브스카이트는 광전자 물성이 뛰어나 발광소자와 태양광전지 등의 분야에서 주목받는 물질이다. 카이럴 구조는 좌-우 원편광 빛에 다르게 반응하는 구조로, 최적화된 광학구조 디자인을 통해 특성을 극대화할 수 있다.

연구팀은 박막형 카이럴 공진기를 만들어 원편광 발광 세기와 원형 편광도를 극대화했다. 별도의 광학 부품 없이 소자 구조에서 가시광선 영역의 원편광을 얻었다는 게 연구팀의 설명이다. 박막형 카이럴 공진기는 원편광 발광소자와 원편광 레이저 등에 활용돼 가상현실용 디스플레이와 3D 디스플레이, 바이오센싱, 의료 진단, 양자 정보처리 기술을 향상할 것으로 기대된다.

전영철 교수는 “카이럴 공진기 구조를 활용하면 페로브스카이트 물질 외에도 다양한 발광물질 사용이 가능하며 원편광 발광소자를 위한 실용적인 플랫폼이 될 것으로 보인다”며 “다양한 영역으로 확장도 가능해 원편광 광원의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘중견연구 및 기본연구 사업’의 지원을 받았다. 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난달 28일 게재됐다.

참고자료

Science Advances, DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adh0414

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