아주대, 꿈의 신소재 ‘그래핀’ 광 특성 규명

[이데일리 신하영 기자] 아주대 연구팀이 광 정보 처리 기술의 핵심 소재인 그래핀에서 비선형 광학 특성을 발견했다.

염동일 물리학과 교수(사진=아주대)

아주대는 염동일 물리학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 7일 밝혔다.

그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열된 2차원 신소재다. 뛰어난 전기적·광학적 특성 덕분에 광소자와 차세대 반도체 등의 분야에서 주목받는 소재다. 그래핀 내부 전자의 이동속도는 구리보다 100배 이상 빨라 초고속 소자 구현에 유리하다.

다만 그래핀을 실제 산업에 적용하려면 풀어야 할 난제가 많다. 그래핀에서 빛의 선형 흡수는 2.3%에 불과, 광소자로의 응용에 어려움이 있어서다. 흡수율이 낮으면 빛의 세기 변조나 검출에 한계가 불가피하다.

연구팀은 그래핀에서 매우 강력한 비선형 광학 특성을 발견하고, 이를 전기적으로 정밀하게 제어할 수 있음을 입증해 냈다. 이번 연구 결과는 ‘빛’으로 데이터를 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는 기반 기술이다. 향후 인공지능 데이터센터와 미래 광 컴퓨팅 기술에서 활용이 가능하다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구실후속사업 등의 지원을 받아 수행했으며 한국표준과학연구원·경북과학기술대 연구진이 참여했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(PhotoniX)에 게재됐다.

염동일 교수는 “이번 연구를 통해 그래핀의 비선형 광응답이 효율적인 광신호 변환뿐 아니라 전자의 초고속 양자 동역학을 탐구하는 강력한 도구가 될 수 있음을 확인했다”라며 “향후 초저전력 광소자와 초고속 광정보 처리 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.