재미 한인 과학자 초소형 광공진기 개발
노준석 美캘리포니아대 연구원
LED·광센서·광통신 등 응용 가능
재미 한인 과학자가 세계에서 가장 작은 광공진기(光共振器ㆍ빛을 증폭시켜 레이저를 발생시키는 장치)를 개발해 초소형 나노레이저를 제작할 수 있는 가능성을 열었다.

미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 기계공학과 및 로렌스버클리국립연구소(LBNL)의 노준석 연구원은 메타물질을 이용해 광공진기를 나노미터(㎚ㆍ10억분의1m) 수준에서 구현하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

노 연구원은 "메타물질을 이용한 광공진기는 나노레이저뿐만 아니라 발광다이오드(LED)ㆍ광센서ㆍ광전자통신 등에 응용할 수 있다"며 "추후 고굴절 메타물질을 구현해 대면적 투명망토를 제작하는 연구에도 쓰일 것"이라고 설명했다.

노 연구원이 이번에 개발한 광공진기는 크기를 나노미터 수준으로 줄여도 성능을 유지하고 작동 주파수에 구속되지 않는 특징을 갖고 있다. 기존의 광공진기는 크기가 작아질수록 성능이 떨어지는 문제가 있어 마이크로미터(㎛ㆍ100만분의1m) 크기가 최소형이었다. 더구나 특정 주파수에서는 정해진 크기만 작동해 활용하기가 쉽지 않았다.

노 연구원은 은ㆍ게르마늄의 다박막층으로 굴절률이 공기의 17.4배나 되는 쌍곡선형 메타물질을 이용해 광공진기를 만들었다. 메타물질은 나노학ㆍ광학ㆍ재료공학의 융합기술로 자연적으로 존재하는 원자ㆍ분자와 다른 물리적 성질을 띠도록 고안된 인공소재다. 메타물질을 이용하면 회절한계(빛이 자신의 파장 절반보다 작은 거리는 식별하지 못하는 현상) 미만의 영역에서도 빛을 가둬 증폭하는 효과를 낼 수 있다. 자연계의 일반물질은 굴절률(공기=1, 실리콘=3.5)의 한계로 회절한계 미만의 영역에서는 빛을 가둬두는 데 한계가 있다. 일반물질은 빛을 받으면 입사각을 기준으로 양(+)의 방향으로 굴절하는데 메타물질은 정반대로 음(-)의 방향으로 굴절한다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 광학 분야 최고 권위의 저널인 '네이처 포토닉스' 최근호에 실렸다.