그래핀으로 나노레이저의 컬러 자유자재로 바꾼다 
박홍규 교수팀 나노레이저 컬러 변환 기술 개발
빛의 손실 큰 그래핀의 단점 역으로 활용, 미래 광컴퓨터 구현 기대

                  ▲ 이과대학 물리학과 김경호 박사(왼쪽, 제1저자)와 박홍규 교수(오른쪽, 교신저자)

그래핀의 빛을 흡수하는 성질을 활용해 나노 미터 크기의 작은 레이저인 나노레이저의 컬러를 자유자재로 바꿀 수 있는 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다. 

* 그래핀 : 탄소 원자로 만들어진 원자 크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재. 열전도성이 뛰어나고 투명하며 신축성도 뛰어나 활용 분야가 매우 다양하나 빛을 흡수하는 성질 때문에 빛을 이용하는 광소자에는 사용되기 힘들다고 알려져 있음. 
* 나노레이저: 수십에서 수백 나노미터 크기의 빛을 가두는 장치를 이용한 레이저

고려대 물리학과 박홍규 교수 연구팀은 미래창조과학부․한국연구재단 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 12월 21일자에 게재됐다.

- 논문명 : Direct Observation of Exceptional Points in Coupled Photonic-Crystal Lasers with Asymmetric Optical Gains
- 저자 정보 : 박홍규 (교신저자, 고려대 교수), 김경호 (제1저자, 고려대 연구교수), 황민수 (공동1저자, 고려대 석박통합과정)

연구자들은 빛의 속도로 빠른 미래의 컴퓨터인 광학컴퓨터 개발을 위해 힘써오고 있다. 정보, 이미지 등을 빛으로 처리하기 위해서는  현재 전자칩에 집적시킬 만큼 소형의 레이저가 필요하며 이를 활용하기 위한 연구가 끊임없이 이뤄지고 있다. 그러한 가운데 그래핀이 나노미터 크기의 작은 레이저의 색깔을 자유자재로 바꿀 수 있다는 사실이 연구를 통해 밝혀졌다. 

 * 광학컴퓨터 : 광신호로 작용하는 논리소자를 사용해서 신호를 구성하여, 전자가 아닌 빛에 의해 연산을 하는 컴퓨터. 빛으로만 동작하므로 속도가 매우 빠르고 에너지 효율이 높음. 

연구팀은 두 나노레이저를 가깝게 위치시키고 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮어서 빛의 손실되는 부분과 빛이 발생하는 부분을 따로 분리했다. 이를 통해 두 가지 색깔의 빛이 한 가지 색깔의 빛으로 바뀌는 물리적 현상을 실험적으로 최초로 관측했다.

[ 그 림 설 명 ]

 (그림1) 그래핀을 이용한 광결정 나노레이저의 특이점 측정
그래핀을 이용한 광결정 나노레이저의 국소적인 빛의 발생 및 손실에 대한 개념도 (왼쪽). 두 동일한 광결정 나노레이저에서 측정한 광특성(중간)과 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮은 후에 측정한 광특성(오른쪽). 그래핀을 덮기 전(중간)에는 두 개의 피크가 보이는데 이는 두 가지 색깔의 레이저 빛이 동시에 관측됨을 의미한다. 반면 그래핀을 덮고 난 후(오른쪽)에는 한 가지 색깔만이 관측된다.

(그림2) 빛의 특성이 바뀌는 특이점
두 동일한 나노레이저의 개념도 (왼쪽). 두 가지 색깔이 하나로 바뀌거나 한 가지 색깔이 두 가지 색깔로 바뀌는 레이저의 특이점을 보여주는 계산 결과(오른쪽). 빨간색 화살표가 특이점을 나타낸다. 
 

출처 : 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)