Physics
visual01

연구하이라이트

  • 메인
  • >
  • 연구
  • >
  • 연구하이라이트
  • 고효율의 단일광자원 소자 대량생산 기술 개발
  • 우리 대학 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 양자정보기술에 기여할 수 있는 고효율의 단일광자원(양자광원) 의 방출 효율과 공정 수율을 높일 수 있는 기술을 개발했다.

      조용훈교수_5.jpg


    이번 연구 결과는 자연과학분야 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences) 4월 13일자 온라인 판에 게재됐다.

     

    빛은 보통 파동의 성질을 갖는 동시에 입자의 성질도 가지고 있는데, 이 입자를 광자라고 한다. 단일광자원 혹은 양자광원은 광자가 뭉쳐서 나오는 고전적인 광원과는 달리 한 번에 한 개의 광자만 방출하는 소자이다. 반도체 양자점을 이용한 단일광자 방출 소자는 안정성 및 전기구동 가능성이 높아 상용화에 적합한 소자로 각광받고 있다.

     

    하지만 빛의 파장은 양자점보다 수십~수백 배 정도 크기 때문에 상호 작용하기 어려워서 단일광자의 방출 효율이 매우 작다는 한계점이 있다. 따라서 고효율 단일광자원를 만들기 위해서는 양자점과 빛을 집속시키는 구조(광공진기)를 공간적으로 정확히 결합시키는 것이 필수적이다.

     

    하지만 양자점은 불규칙하게 분포되어 있고 위치를 정확히 확인할 수 없어 우연성에 의존한 결합을 기대할 수밖에 없었다. 따라서 긴 공정시간에도 불구하고 소수의 단일광자소자를 제작하는 수준에 머물러 있었다.

     

     연구팀은 문제 해결을 위해 피라미드 모양의 나노 구조체를 활용했다. 반도체 나노피라미드 구조에서는 양자점이 피라미드의 꼭지점에 자발적으로 형성된다. 그리고 그 위에 금속 필름을 얇게 증착하면 빛 역시 뾰족한 금속 끝에 모이는 성질 때문에 양자점과 동일한 위치에 집속되는 것이다.

     

    특히 금속에서는 빛이 본래 가진 파장보다 작게 뭉칠 수 있다. 즉, 빛이 가진 파장보다 더 소형화를 시킬 수 있기 때문에 양자점과의 크기 차이로 인한 문제를 극복할 수 있게 되는데, 이 방법으로 단일광자 방출 효율이 기존의 방식보다 20배 정도 증가되었다.

     

    단일광자 방출소자는 양자광컴퓨터 및 양자암호기술 구현의 가장 기본적인 구성 요소이다. 이번 연구를 통해 기존의 까다로운 과정들 없이 단순한 방식으로 효율과 수율을 모두 높일 수 있으므로, 단일광자방출원 혹은 양자광원 관련 기술의 상용화 가능성이 높아질 것으로 기대된다.

     

    조 교수는 “이 기술은 높은 공정 수율을 갖고 있기 때문에 상용 양자광원 소자 제작 한계를 해결하고, 양자정보통신 분야 구현에 중요 기술이 될 것”이라고 말했다.

     

    조용훈 교수의 지도를 받아 공수현(1저자)·김제형(2저자) 박사가 수행한 이번 연구는 우리 대학 신종화·이용희 교수, 프랑스 CNRS의 레시당 박사, 미국 UC 버클리의 샹장 교수가 참여했으며, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 수행됐다. 


    (그림설명) 단일 광자가 높은 효율로 방출되는 모습의 개념도

    150423_Artwork.jpg


  • 번호 제목 날짜 조회 수
    20 [장기주 교수] Scientific Reports 논문 게재, Dipole-allowed direct band gap - file 2015.12.21 4215
    19 [이용희 교수] Scientific Reports 논문 게재, Efficient single photon source based on - file 2015.12.01 423
    18 [박용근 교수] Physical Review Letters 논문 게재, One-Wave Optical Phase Conjugation Mirror by - file 2015.12.01 447
    17 [이용희교수] Nature Communications 논문 게재, Sub-microwatt threshold nanoisland lasers file 2015.10.08 488
    16 [장기주교수] Nature Physics 논문 게재, Bandgap opening in few-layered monoclinic MoTe2 file 2015.09.11 625
    15 [이용희교수] Nature Communications 논문 게재, Fast and bright spontaneous emission of Er3+ ions in metallic nanocavity file 2015.09.11 444
    14 [장기주교수] Advanced Materials 논문 게재, Bandgap Widening of Phase Quilted, 2D MoS2 by Oxidative Intercalation file 2015.09.11 407
    13 [조용훈교수 연구실] Small 논문 게재, Is the Chain of Oxidation and Reduction Process Reversible in Luminescent Graphene Quantum Dots? file 2015.09.11 401
    12 [한명준교수] Scientific Reports 논문 게재, Quasiparticle self-consistent GW study of cuprates: electronic structure, model parameters, and the two-band theory for Tc file 2015.09.11 382
    11 [양찬호교수 연구팀] Nature Nanotechnology 논문 게재, Enhancement of the anisotropic photocurrent in ferroelectric oxides by strain gradients file 2015.09.01 704
    10 [박용근교수 연구팀] Optics Express 논문 게재, Label-free identification of individual bacteria using Fourier transform light scattering file 2015.07.30 651
    » 고효율의 단일광자원 소자 대량생산 기술 개발 file 2015.04.28 3068
    8 미세 입자의 3차원 영상 촬영기술 개발 file 2015.04.28 919
    7 윤태영교수, 신경세포 전달 후 분해 원리 30년 만에 규명 file 2015.03.27 1696
    6 신개념 DNA 나노구조 형성법 개발 file 2015.03.02 1145
    5 다빈치가 르네상스 이후에 태어났다면 모나리자를 어떻게 그렸을까? file 2014.12.23 1201
    4 신기루 현상 착안해 테라헤르츠파 광학렌즈 개발 file 2014.12.23 1184
    3 빛의 속도로 빠른 단방향 광전달 소자 개발 file 2014.12.23 901
    2 슈퍼렌즈로 초고해상도 2차원 실시간 영상획득 성공 file 2014.12.23 789
    1 그래핀 양자점 디스플레이 핵심기술 개발 file 2014.12.23 886