부산대·옥스퍼드대 연구팀, 나노 종이 이용한 레이저 개발

부산대학교는 광메카트로닉스공학과 김광석·홍석원 교수가 옥스퍼드대학 클라랜든 연구소 로버트 테일러 교수와 공동연구를 통해 '페로브스카이트 나노 종이' 기반의 광증폭(light amplification) 현상을 분석해 2차원 구조의 새로운 광학적 응용 가능성을 제시했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 페로브스카이트 나노 종이가 지닌 레이저 매질(광자를 생성·증폭하는 역할을 하는 물질)의 장점을 '기초 광물성'과 '실용 광소자'라는 두 측면에서 입증했다.

이번 연구에서 레이저 매질로 사용된 '페로브스카이트 나노 종이'는 무기 페로브스카이트 계열의 물질로 만들어진 2차원 구조로, 가로나 세로 길이가 수백 나노미터인 것에 비해 두께는 수 나노미터를 지니고 있어 종이의 모습을 떠올리게 한다.

'페로브스카이트' 물질은 주로 태양전지 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으나, 최근에는 페로브스카이트 물질을 기반으로 다양한 차원의 나노구조물이 제작되고 있다.

최근 많은 주목을 받는 수 나노미터 크기의 아주 작은 구슬이나 상자의 모습을 지닌 페로브스카이트 양자점은 의외로 태양전지가 아닌 레이저 매질로서 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 0차원 구조의 양자점에는 레이저 발진 효율을 제한하는 여러 가지 근원적 원리들이 여전히 존재한다.

부산대 국제공동연구단은 2차원 구조가 지닌 이러한 특성을 활용할 경우, 레이저 발진이 시작되는 문턱을 낮출 수 있다는 사실을 실험적으로 확인했다.

또한 '실용 광소자' 개발 측면에서 레이저 매질 증폭 특성을 다차원적으로 분석할 수 있는 새로운 방법을 도입했다.

레이저 매질의 광증폭 정도는 광학적 이득(gain)을 통해 가늠할 수 있는데, 이번 연구에서는 나노 종이의 광학적 이득의 포화 특성을 여기(excitation, 전자가 에너지를 흡수해 기존 상태보다 들뜬 상태) 세기, 온도에 따라 분석해 광증폭 효율 원인을 다각도로 파악할 수 있도록 했다.

연구팀은 "페로브스카이트 물질과 2차원 물질 특성을 모두 지닌 페로브스카이트 나노 종이의 새로운 가치를 발견한 측면에서 의미가 있으며, 나노구조를 기반으로 하는 실용 레이저 개발에 많은 영감을 줄 수 있기를 기대한다고 말했다.

/연합뉴스