[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 고려대학교 물리학과 박홍규 교수팀이 키브샤 교수(호주국립대)와 공동연구로 기존보다 천만 배 낮은 에너지로 발진시킬 수 있는 초저전력 나노레이저를 설계했다고 14일 밝혔다.

그동안 레이저가 소형화되면 부품인 공진기도 작아지는데 작은 공진기에 빛을 얼마나 잘 집속시키는 지가 레이저의 성능을 좌우한다.

이에 빛을 원하는 때 강하게 증폭시킬 수 있도록 주변 공간과 상호 작용하지 않는 에너지 상태(BIC, Bound states in the continuum)의 전하를 이용해 빛을 가두는 방법이 고려되고 있다.

하지만 공진기가 작아지면 빛을 효과적으로 가둘 수 없기에 이 에너지 상태를 이용한 물리현상이 소용이 없었다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 작은 공간에 빛을 강하게 집속해 최소전력으로 구동할 수 있는 극미세 나노레이저 기술을 개발했다.

연구과정을 보면 동작조건이 까다롭고 소형화에 한계가 있는 기존 방법 대신 여러 BIC를 동시에 결합한 ‘슈퍼 BIC’를 고안했다.

이는 주변과 상호작용하지 않는 전하 둘을 병합하여 한 점에 모은 것이다.

특히 빛이 빠져나갈 가능성 자체를 차단하되 병합을 통해 작은 크기에서도 빛이 새어나가는 것을 막을 수 있도록 했다.

이어 기판에 사각격자 구조를 만들고 격자구멍 간격을 1nm 수준으로 미세하게 조정하면서 ‘슈퍼 BIC’ 레이저를 실험적으로 구현했다.

이 과정에서 간격이 574nm일 때 서로 다른 BIC가 병합되며 ‘슈퍼 BIC’ 레이저가 형성되는 것을 확인했다.

이 연구결과에 의하면 발진에 필요한 에너지인 문턱값이 기존 나노레이저에 비해 천 만 배까지 낮아졌다.

연구 관계자는 “격자 간격을 보다 유연하고 정밀하게 조절할 수 있는 신축성 있는 소자를 이용한 후속연구를 지속할 계획”이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구사업의 지원으로 수행됐으며 국제학술지네이처 커뮤니 케이션즈(Nature Communications)에 7월 5일 게재됐다.