[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 빛을 제어할 새로운 방법을 제시했다. 빛을 제어하려는 인류의 노력이 광통신, GPS, 의료용 내시경, 태양전지, 광센서, 광스위치 개발로 이어지는 가운데 나온 성과다.

한국연구재단은 박홍규 고려대학교 물리학과 교수와 키브샤 호주국립대 교수 연구팀이 나노실린더 구조에 빛을 가둬 빛의 색깔을 원하는 대로 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다고 17일 밝혔다.

입사된 파장과 나노실린더 구조의 지름에 따라 측정된 2차 조화파의 세기를 나타내는 그래프.

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빛을 제어하는 방법에는 광섬유 경계면에서 발생하는 전반사와 광결정에서 나타나는 특정 파장 빛 반사가 있다.

21세기에 아주 작은 나노구조에 빛을 한군데로 모아 빛을 제어하고 빛의 파장을 바꾸는 제3의 이론이 제안됐다. 하지만 이를 실험으로 입증하지 못했다.

연구팀은 머리카락보다 100배 가느다란 나노실린더에 적외선 영역의 빛을 가두고, 적외선이 아닌 가시광선 영역의 빛이 출력되는 현상을 관측했다.

이는 붉은 빛이 극한의 좁은 공간에 갇히면 청색의 빛으로 빠져나오는 빛의 비선형성을 강화시킨 결과이다. 입사한 빛을 다양한 다른 파장 색깔의 빛으로 변환시킬 가능성을 실험으로 확인한 것이다.

연구팀은 나노실린더 구조와 크기를 최적화하고 입사되는 빛을 도넛 모양으로 만들어 파장변환이 나타나도록 했다. 또 약한 빛이 입사하더라도 나노실린더를 이루는 화합물 반도체와 상호작용하면서 빛의 파장변환 효율이 높아지도록 설계했다.

이렇게 만들어진 나노광소자를 이용해 기존 나노구조체 대비 빛의 파장변환 효율을 100배 이상 높였다.

연구팀은 작은 공간에 빛을 가둔다는 측면에서 광소자와 레이저의 동작 원리가 같은 만큼 나노실린더 구조를 활용한 나노레이저 연구도 추진할 계획이다.

연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스(Science)’에 17일자로 게재됐다.