이달의 과학기술인상 5월 수상자에 서민교 교수…광학 연구 새 길 개척

과학기술정보통신부 제공.

이달의 과학기술인상 5월 수상자에 광학과 물리학 연구에 새로운 방법론을 개척한 서민교 KAIST 물리학과 교수가 선정됐다. 

이달의 과학기술인상은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다. 

서 교수는 광학적 무반사와 광학적 진공의 실험적 극한에 도전해 약한 세기의 빛-물질 상호작용 연구의 새로운 방법론과 가능성을 제시한 공로를 인정받았다. 광학적 무반사는 빛의 반사가 0이 된 상태이며 빛-물질 상호작용은 광학 분야 연구의 근간을 이루는 물리 현상이다. 

빛의 반사가 완전히 0이 되는 광학적 무반사 조건은 이론적으로는 쉽게 계산되지만 실험으로는 불완전한 구현만 가능했다. 서 교수는 실험적으로도 완전한 광학적 무반사를 구현했다. 

완전한 광학적 무반사가 가능한 수학적 조건은 외부 자극에 따라 준입자적 거동을 보이는 새로운 형태의 광학적 소용돌이를 수반한다는 것을 밝힌 것이다. 준입자는 자연계에 존재하는 실제 입자는 아니지만 입자처럼 행동하는 객체를 의미한다. 

서 교수는 광학적 무반사를 이용해 원자적 두께를 갖는 매질의 약한 빛-물질 상호작용 현상을 간단하면서도 매우 정밀하게 측정하거나 광학적 진공을 새로운 광전자·양자광학 소자 개발에 응용할 수 있는 기반을 마련했다. 

기존 연구들은 빛의 전자기장을 강하게 집중시켜 빛-물질 간 상호작용을 강화했다. 반면 서 교수는 광학적 무반사와 광학적 진공을 이용해 약한 빛-물질 상호작용을 정밀하게 관측하거나 제어할 수 있게 만들었다. 배경 잡음보다 수천 배 작은 자기광학 신호를 광학적 무반사로 독립적으로 측정하거나 광학적 진공을 만들어 2차원 매질 엑시톤이 빛 형태로 에너지를 오랜 시간 존속하도록 한 것이다. 2차원 매질 엑시톤은 원자적 수준으로 얇은 박막 매질에 존재하는 전자와 정공의 결합체다. 

서 교수는 “이번 연구는 기존 빛-물질 상호작용 연구에 크게 활용되지 못했던 광학적 무반사나 광학적 진공이 오히려 고정밀 측정과 다양한 물성 발현 등에 장점이 있음을 알리고 그 극한을 이론적 계산에 머물지 않고 실험적으로 실현한 데 의의가 있다”며 “앞으로 광학과 물리학 연구개발에 새로운 방법론과 자유도를 가져다줄 것으로 기대한다“고 말했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]