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在美 노준석 박사, LED 능가하는 광전자소자 기술개발
강력한 `스핀홀 효과` 유도
기사입력 2013.04.24 17:17:07 | 최종수정 2013.04.24 20:34:22
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재미 한인 과학자가 참여한 미국 연구진이 역사상 가장 강한 '광자 스핀홀 효과'를 이끌어내는 데 성공했다. 이번 성과는 앞으로 '광자(빛을 이루고 있는 알갱이)'를 이용한 전자소자인 '광전자소자' 등에 적극 활용될 수 있을 것으로 보인다.

노준석 UC버클리 및 로런스버클리국립연구소 연구원과 샹 장 교수 공동 연구팀은 나노미터(㎚ㆍ1㎚는 10억분의 1m) 크기의 '메타물질'을 만든 뒤 이제껏 측정된 광자 스핀홀 효과 중 가장 강한 신호를 얻는 데 성공했다. 연구결과는 과학저널 '사이언스'에 최근 발표됐다.

스핀홀 효과는 회전하는 전자들이 반도체를 통과하면서 구부러진 경로를 따라 움직이는 현상을 설명하는 이론이다. 이는 전자가 움직이는 힘과 회전하는 운동 사이의 상호작용으로 발생한다. 노준석 연구원은 "투수가 공에 스핀을 넣어 던지면 공이 왼쪽이나 오른쪽으로 휘어지는 것과 비슷한 원리"라며 "금속을 통과하는 빛도 이러한 효과를 나타내지만 빛의 입자인 광자는 이런 효과가 매우 적게 나타난다"고 설명했다.

2004년 처음으로 광자 스핀홀 효과가 실험적으로 검출됐지만 그 신호가 매우 약했다. 연구팀은 투명망토의 재료가 되는 '메타물질'을 이용해 강한 광자 스핀홀 효과를 이끌어냈다. 메타물질은 빛을 반사시키지 않고 뒤로 에돌아 지나갈 수 있게 만드는 재료로 자연에는 존재하지 않는다.
연구팀은 메타물질을 이용해 광자가 회전하는 능력과 움직이는 힘을 강하게 만들어 광자 스핀홀 효과를 이끌어냈다. 기존에는 자석과 같이 밀고 끌어당기는 힘이 발생하는 '자기장'을 이용해 광자의 움직임을 조절해 왔다.

이번 연구로 광자의 움직임을 인위적으로 조절할 수 있게 돼 발광다이오드(LED)와 같은 기존의 광전자소자보다 기능이 뛰어난 제품 개발에 적용될 것으로 기대된다.

[원호섭 기자]


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