전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
전국 대전·세종·충남

속보

더보기

카이스트, 상온에서도 구현·제어 가능한 양자입자 기술 개발

기사입력 : 2019년10월30일 11:06

최종수정 : 2019년10월30일 11:06

복잡한 저온 장치 없이 양자입자 관련 기초연구 가능
초유체 기반 집적회로·양자 시뮬레이터 등에 응용

[대전=뉴스핌] 오영균 기자 = 앞으로는 복잡한 저온 장치 없이도 양자입자 관련 기초연구가 가능해질 전망이다.

카이스트(KAIST) 물리학과 조용훈 교수 연구팀은 극저온에서만 가능했던 빛과 물질의 성질을 동시에 갖는 양자 입자(엑시톤·폴라리톤)를 응축하고 상온에서도 구현·제어하는 기술을 개발했다. 이 기술은 구동 전류가 10배 이상 낮은 엑시톤·폴라리톤 기반의 신개념 레이저·비선형 광소자와 같은 고전적인 광소자뿐만 아니라 초유체 기반의 집적회로·양자 시뮬레이터와 같은 양자광소자에 응용할 수 있다.

KAIST 물리학과 조용훈 교수 연구팀 [사진=카이스트]

빛이 반도체 내부의 엑시톤과 오랜 시간 머물 수 있는 적절한 조건이 성립되면 서로가 강하게 상호작용하며 빛과 물질이 지닌 장점을 동시에 갖는 제3의 양자 입자인 엑시톤·폴라리톤이 생성된다.

기존 연구에 많이 사용되던 비소화물 기반 반도체의 경우 열에너지에 의해 엑시톤이 해리되기 때문에 극저온의 실험환경이 필수적인 요소였다.

반면 질화물 기반 반도체의 경우 상온에서도 안정적으로 존재할 수 있는 엑시톤을 형성할 수는 있지만 거울 구조를 만드는 공정과정이 복잡하고 물리적 요인들로 인해 공간적으로 균일한 거울 구조를 만드는 데 한계가 있다. 이러한 불균일한 거울 구조는 엑시톤·폴라리톤의 움직임을 방해하는 중요한 원인이다.

연구팀은 거울 구조 대신 질화물 반도체 기반의 3차원 구조인 육각형 마이크로 막대 구조를 이용해 문제를 해결했다. 이 구조를 이용하면 거울 없이도 내부 전반사의 원리를 통해 균일하면서도 자발적으로 형성되는 빛의 모드와 엑시톤의 강한 상호작용으로 상온에서도 엑시톤·폴라리톤을 생성할 수 있게 된다.

엑시톤·폴라리톤은 빛으로부터 얻은 고유의 특성으로 인해 질량이 전자보다 10만배, 원자보다 10억배 가볍다. 기존 원자를 이용하면 절대영도(영하 273도) 근처에서 에너지가 낮은 하나의 바닥 상태를 모든 입자가 공유해서 마치 하나의 입자처럼 행동하는'보즈·아인슈타인 응축 현상'이 관측된다.

연구팀은 질화물 반도체에서 엑시톤·폴라리톤 입자를 형성시켜 이러한 응축 현상이 상온에서도 생성될 수 있다는 사실을 검증했다.

또 엑시톤으로부터 얻은 고유 특성으로 기존의 빛과는 다르게 엑시톤·폴라리톤 입자 간의 밀어내는 힘인 척력이 발생한다. 연구팀은 고해상도 레이저 광학 시스템을 이용해 엑시톤·폴라리톤의 포텐셜 에너지와 이의 경사도를 조절해서 엑시톤·폴라리톤 응축 현상의 운동량을 제어하는 데에도 성공했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 향후 고효율의 비선형 광소자부터 양자 광소자에 이르기까지 광범위하게 활용할 수 있을 것으로 기대했다.

조 교수는 "상온 엑시톤·폴라리톤 플랫폼으로서 복잡한 저온 장치 없이 이와 관련된 기초연구의 문턱을 낮출 수 있는 기반이 될 수 있을 것"이라며 "지속적인 연구를 통해 상온에서 작동이 가능한 다양한 양자 광소자로 활용되길 기대한다"고 말했다. 

gyun507@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
李대통령, 오광수 민정수석 사의 수용 [서울=뉴스핌] 이영태 선임기자 = 이재명 대통령은 13일 전날 밤 사의를 표명한 오광수 대통령실 민정수석비서관의 사의를 수용했다. 강유정 대통령실 대변인은 이날 오전 브리핑에서 "오광수 민정수석이 어젯밤 이재명 대통령께 사의를 표했다"며 이같이 말했다. 오광수 대통령실 민정수석비서관 [사진=대통령실] 강 대변인은 "이 대통령은 공직기강 확립과 인사 검증을 담당하는 민정수석의 중요성을 두루 감안해 오 수석의 사의를 받아들였다"고 전했다. 이어 "대통령실은 이재명 대통령의 사법개혁 의지와 국정 철학을 깊이 이해하고 이에 발맞춰 가는 인사로 조속한 시일 내에 차기 민정수석을 임명할 예정"이라고 부연했다. 대통령실 관계자는 차명 부동산과 차명 계좌 의혹으로 오 수석이 물러난 만큼 차기 민정수석 검증 기준에 청렴함 등이 포함될 것이야는 질문에 "일단 저희가 가지고 있는 국정철학을 가장 잘 이해하고 이를 시행할 수 있는 분이 가장 우선적인 이재명 정부의 인사검증 원칙이라고 할 수 있겠다"며 "새 정부에 대한 국민들의 기대감이 워낙 크기 때문에 그 기대에 부응하는 게 첫 번째 사명"이라고 답했다. 이 관계자는 오 수석 건을 계기로 인사 검증 기준이라 원칙이 마련될 수 있느냐는 질의에는 "이 대통령이 여러 번 표방했던 것처럼 우리 정부에 대한 기대감, 그리고 실용적이면서 능력 위주의 인사가 첫 번째 가장 먼저 포방될 원칙"이라며 "그리고 여러 가지 우리 국민들이 요청하고 있는 바에 대한 다방면적인 검토는 있을 예정"이라고 언급했다. medialyt@newspim.com 2025-06-13 09:43
사진
조은석 내란특검 "사초 쓰는 자세로" [서울=뉴스핌] 김현구 기자 = 이른바 '3대 특검(특별검사)' 중 내란 특검을 맡게 된 조은석(60·사법연수원 19기) 전 감사원장 권한대행이 13일 "수사에 진력해 온 경찰 국가수사본부, 고위공직자범죄수사처, 검찰의 노고가 헛되지 않도록 최선을 다해 사초를 쓰는 자세로 세심하게 살펴 가며 오로지 수사 논리에 따라 특검직을 수행하겠다"고 밝혔다. 조 특검은 이날 "수사팀 구성과 업무공간이 준비되면 설명해 드릴 기회를 갖도록 할 것"이라며 이같이 전했다. 조 특검은 현재 퇴직 후 별도 근무 중인 변호사 사무실이 없고 재택근무 중이다. 조은석 내란 특별검사. [사진=뉴스핌DB] 전남 장성 출신인 조 특검은 광주 광덕고와 고려대 법학과를 졸업한 뒤 1993년 수원지검 성남지청에서 검사 생활을 시작했다. 그는 대검찰청 중앙수사부 검찰연구관, 대검 공판송무과장, 대검 범죄정보1·2담당관, 서울중앙지검 형사3부장검사, 서울북부지검 차장검사, 광주지검 순천지청장, 서울고검 형사부장 등을 거쳤다. 이후 2014년 대검 형사부장 시절 세월호 참사 검경 합동 수사를 지휘했고, 청주지검장, 사법연수원 부원장을 지낸 뒤 문재인정부에서 서울고검장과 법무연수원장을 역임한 뒤 검찰을 떠났다. 2011~2025년 감사원 감사위원을 지낸 조 특검은 임기 중 전현희 전 국민권익위원회 위원장에 대한 감사가 '표적 감사'라며 제동을 거는 등 윤석열정부와 대립하기도 했다. 한편 이재명 대통령은 전날 저녁 내란 특검에 조 특검, 김건희 특검에 민중기 전 서울중앙지법원장, 채해병 특검에 이명현 전 국방부 검찰단 고등검찰부장을 각각 지명했다. 조 특검과 민 특검은 더불어민주당 추천, 이 특검은 조국혁신당 추천이다. 각 특검은 최장 20일간 준비기간을 거치게 되며, 내달 초 본격적인 수사가 이뤄질 것으로 예상된다. 내란 특검은 최대 60명, 김건희 특검은 40명, 채해병 특검은 20명의 검사를 파견받을 예정이다. hyun9@newspim.com 2025-06-13 07:42
안다쇼핑
Top으로 이동