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KIST 임정아 박사팀, 원편광 감지 기술 개발전자특성·반도체 소재 이용, 광컴퓨팅 핵심 반도체 소자로 주목
KIST 연구진이 개발한 반도체 소자 [출처=KIST]

광통신, 컴퓨팅, 암호화 소자에 대한 관심이 늘어남에 따라 원편광(circularly polarized light)을 감지할 수 있는 광전소자 기술이 주목받고 있다. 

원편광은 빛이 시계(반시계)방향으로 진행하는 성질로 잔자의 양자역학적 정보 전달에 유리해 차세대 광컴퓨팅 소자로 주목받고 있는 가운데, 국내 연구진이 원편광 정보를 인지하는 반도체 소자 기술 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 임정아 박사팀이 거울상 대칭 구조를 갖는 카이랄 분자(Chiral molecule), 반도체 소재를 이용해 원편광을 회전방향에 따라 감지하는 반도체 소자를 개발하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

지금까지 개발된 원편광 감지용 반도체 소자는 고가의 장비를 이용하고 까다로운 공정을 거쳐야했다. 또 이 소자들은 균일한 박막을 제작하고 반도체 소자로 직접 응용하는데 어려움이 있었다.

KIST 임정아 박사팀은 카이랄 분자와 고분자 반도체를 함께 녹인 용액을 도포, 가열해 특별한 박막을 만들었다. 이 박막은 카이랄 분자와 고분자 반도체 층이 분리되는 구조를 가진다. 카이랄 분자 결정은 원편광의 방향에 따라 빛을 흡수하는 양이 달라 빛을 흡수한 후 생성하는 전하의 양이 다르다. 연구팀은 박막에 전극을 증착해 원편광 감응이 가능한 다이오드 소자를 만들었다. 

연구팀은 원편광이 조사되면 원편광 방향에 따라 구별되는 흡수 특성을 가지는 카이랄 분자에서 고분자 반도체 층으로 전자가 이동하면서 원편광 방향성에 따라 다르게 감응하는 반도체 소자 개발에 성공했다고 설명했다.

KIST 임정아 박사는 “원편광 이용 광전자기술은 아직까지 전세계적으로 연구 개발 초기 단계로 실용화를 위해서는 원편광의 발생·전도, 이를 이용한 신호처리 등 다양한 기반기술의 개발이 함께 이뤄져야 한다”며 “이번 성과가 향후 원편광 응용 기술 상용화에 중요한 계기가 될 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST의 기관고유사업과 한국연구재단 신진연구자지원 사업으로 수행됐다. 고려대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 소재분야 국제 저널인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 13.325,  JCR 분야 상위 3.767%) 최신호에 게재됐다.

최태우 기자  taewoo@internews.kr

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