포스텍(총장 백성기)은 신소재공학과 조문호 교수<사진 왼쪽>와 미국 하버드대 화학·물리학과 박홍근 교수 공동연구팀이 빛의 빠른 속도를 이용한 광소자 개발의 큰 난제로 여겨져 온 '광전자소자의 나노급 크기의 구현' 문제를 풀 수 있는 연성과를 발표했다고 26일 밝혔다.

포스텍에 따르면 공동연구팀은 국제과학학술협력재단-미 공군 과학연구실과 삼성전자 등의 지원을 받은 연구를 통해 '근접장 영역에서 집적화된 단일 표면 플라스몬-반도체 나노와이어 광전소자' 제하의 논문을 '네이처 피직스(Nature Physics) 24일자(현지시간) 온라인에 발표했다.

연구팀에 따르면, '빛'을 정보 전달과 처리의 매개체로 사용하는 광소자(光素子)는 '전자'를 이용하는 전자소자에 비해 응답처리 속도가 빠르고 효율적으로 정보를 전달할 수 있는 장점을 지녔지만 빛의 '회절(回折·diffraction)' 현상때문에 그 크기를 나노미터(nm) 수준으로 집적할 수 없는 한계를 지닌다.

회절이란 빛과 같은 파동이 장애물 뒤쪽으로 돌아 들어가는 현상으로 입자가 아닌 파동에서만 나타나는 성질이다. 담장 너머에 있는 사람을 볼 수는 없지만 그가 말하는 소리를 들을 수 있는 것이나 라디오의 AM방송이 FM방송보다 수신율이 높은 것도 바로 이 같은 회절 현상 때문이다.

공동 연구팀은 이번 연구에서 반도체 나노와이어 트랜지스터(nanowire transistor)를 통해 표면 플라스몬(plasmon)의 광신호를 근접장(near field) 영역에서 전기적 신호로 고효율 변환이 가능한 소자를 구현하고 이와 함께 단일 광자(光子)에서 발생되는 단일 표면 플라스몬 역시 전기적 신호로 고효율 변환이 가능하다는 사실도 규명했다.

이 같은 연구 성과는 나노미터 크기에서 플라스몬과 같은 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있는 고체 광전자 소자 개발의 가능성을 제시, 나노 직접 광전자소자와 양자 컴퓨터 등의 미래형 소자 기술 개발의 물꼬를 튼 것으로 평가받고 있다.

조문호 포스텍 교수는 "이번 연구성과는 소형화가 어려울 것으로 알려졌던 광소자를 나노미터급으로 개발할 수 있는 근거를 제시했다는 점에서 학계에서 좋은 평가를 받고 있다"고 밝혔다.

※ 용어설명 : 플라스몬(plasmon)이란 금속 내 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 의미한다. 금속의 나노 입자에서는 플라스몬이 표면에 부분적으로 존재하기 때문에 표면 플라스몬(surface plasmon)이라고 부르기도 한다.