[에듀플러스]고려대 이승우 연구팀, 다이아몬드 광결정 구현

DNA 오리가미(origami)로 자가조립 된 다이아몬드 광결정 전자현미경 이미지.

고려대 융합에너지공학과·KU-KIST 융합대학원 이승우 교수와 팀 리들(Tim Liedl) 뮌헨 루트비히막시밀리안대 교수 연구팀이 다이아몬드 광결정(Photonic crystals)을 구현했다고 21일 밝혔다.

이번 연구 결과는 사이언스지에 5월 17일(한국 시각) 온라인에 게재됐다.

빛의 반도체라고 불리는 광결정은 광밴드갭(photonic bandgap)에 의해 원하는 파장 대역의 빛을 모든 방향으로 반사할 수 있어 △컬러형 복사냉각기 △이미지 센서 △디스플레이 △태양전지 △레이저의 핵심 광학 소재로 이용됐다.

광결정에서 다이아몬드 격자구조가 챔피언이라는 것은 1990년 초중반, UC 버클리대의 엘리 야블로비치(Eli Yablonovitch) 교수 등에 의해 알려졌다. 다이아몬드 격자구조가 광밴드갭을 가장 크게 열 수 있기 때문이다. 특히 직접 막대 연결형 다이아몬드 격자구조가 챔피언임은 2000년 초반 MIT의 에드윈 L. 토마스(E. L. Thomas) 교수팀에 의해 한 번 더 정립됐다.

다만 현재까지 구현된 사례는 없었다. 다이아몬드 광결정이 3D 콤플렉스 구조이기에 콜로이드와 같은 소프트 나노 재료의 자가조립 외에는 사실상 구현 방법이 없었다. 요구되는 구조의 부피 비중이 대개 40% 이하로 낮다 보니 조립 안정성이 나오지 못했기 때문이다.

2020년에 이 교수 연구실에서 DNA 오리가미(origami)라는 소프트 나노 재료를 통해 직접 막대 연결 다이아몬드 광결정 구현이 가능하고 챔피언 광밴드갭을 열 수 있음을 이론적으로 밝혀냈다. 추가로 팀 리들 교수팀과 함께 광밴드갭 구조 기반 광반사를 적외선·가시광 대역에서 실증해 내는 데 성공했다.

정하정 기자 nse033@etnews.com