곡면거울 공진기 구조로 파동 가둬
2차원 상에서 전자를 가둬 반도체 소자 설계에 활용할 수 있는 공진기(파동을 가둬 통신 기술 등에 사용됨)가 세계 최초로 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 13일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "최형순 교수와 정윤철 부산대 교수, 최형국 전북대 교수는 응집상 양자 결맞음 센터에서 공동 연구를 통해 2차원 전자의 파동을 이용한 공진기를 개발하는 데 성공했다"고 밝혔다.
연구팀은 반도체 나노소자 공정을 통해 전자의 파동을 반사할 수 있는 곡면거울을 제작하고, 광 공진기(특정 주파수와 파장에서만 빛에너지를 저장하거나 출력할 수 있는 장치) 구조를 2차원 전자에 적용해 파동도 빛과 같은 방법으로 가둘 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
반도체를 극저온으로 냉각하면 내부 전자가 어느 정도 양자역학적(원자 등의 물질세계를 설명하는 현대물리학) 특성이 보존되는 2차원 전자 파동 형태로 존재할 수 있다.
이 반도체에 전극을 입히고, 강한 음전압을 주면 전극이 있는 영역으로는 전자가 진입하지 못하게 돼 전자가 반사되는 거울 역할을 할 수 있다.
이 원리로 두 개의 곡면거울이 마주 보는 공진기 구조를 만들고, 내부에 전자 파동을 주입해 전도도를 측정했더니 실제로 전자가 공명(입차끼리 충돌하는 에너지의 양이 커짐)하는 것이 관측된 것이다.
최형순 교수는 "이 기술은 2차원 전자계의 전자광학 발전에 새로운 가능성을 제시하는 원천기술로써 앞으로 다양한 양자기술 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
박동성 KAIST 물리학과 박사과정과 정환철 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난달 26일 게재됐다(논문명: Observation of electronic modes in open cavity resonator).
