"양자점의 집광 효율 높여" 양자컴퓨터 등에 활용

KAIST 조용훈 교수팀 "피라미드 구조 밑면이 빛 방출량 더 많아"

KAIST 물리학과 조용훈 교수 연구팀은 피라미드구조의 반도체 양자점에서 빛을 높은 효율로 모을 수 있는 기술을 개발했다고 18일밝혔다.

반도체 양자점(Quantum Dot)은 지름 2∼10나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 크기의반도체 입자이다.

효율이 높고 광자 방출 속도가 빨라 차세대 양자정보 통신 기술로 주목받고 있다.

차세대 양자 컴퓨터에는 빛이 뭉쳐서 나오는 고전적인 광원이 아닌, 빛 알갱이를 하나씩 내뿜는 단일 광자원이 필요하기 때문에 나노입자인 반도체 양자점이 양자광원으로 주목받고 있다.

반도체 양자점을 피라미드 구조의 꼭짓점 위에 형성시키면 위치가 제어된 단일광자원을 얻을 수 있다.

하지만 양자점에서 발생한 빛이 구조체를 빠져나오기 힘들어 빛의 추출 효율이낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 피라미드 꼭짓점에 존재하는 양자점이 내뿜는빛이 피라미드 밑면 방향으로 대부분 방출된다는 사실을 발견했다.

기존에는 피라미드 밑면에 두꺼운 기판이 있다는 점 등 때문에 아래 방향보다꼭짓점 방향으로 나오는 빛의 양이 많을 것으로 보고 집광해 왔지만, 실험 결과 피라미드 구조체 아래 방향으로 더 강한 세기의 빛이 수직으로 나오는 것이 확인됐다.

특히 빛의 분포가 가우시안 형태를 띠고 있어 광도파로(光導波路·빛이 지나가는 길)에 결합하기에도 유리하다고 연구팀은 설명했다.

또 피라미드 구조체 밑면의 반도체 기판을 떼어내도 빛이 공기 중으로 나올 수있어, 다른 유연한 기판 등과도 쉽게 결합할 수 있다.

조 교수는 "양자 광원뿐만 아니라 LED 등 광원 소자에도 다양하게 활용할 수 있다"고 말했다.

김세정·공수현 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 '나노 레터스'(Nano Letters) 지난 12일자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>