미래 광컴퓨터 구현되나…그래핀으로 나노레이저의 컬러 바꾸는 기술 개발

그래핀을 이용한 광결정 나노레이저의 특이점 측정 그래핀을 이용한 광결정 나노레이저의 국소적인 빛의 발생 및 손실에 대한 개념도 (왼쪽). 두 동일한 광결정 나노레이저에서 측정한 광특성(중간)과 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮은 후에 측정한 광특성(오른쪽). 그래핀을 덮기 전(중간)에는 두 개의 피크가 보이는데 이는 두 가지 색깔의 레이저 빛이 동시에 관측됨을 의미한다. 반면 그래핀을 덮고 난 후(오른쪽)에는 한 가지 색깔만이 관측된다.

그래핀으로 나노레이저 컬러를 자유자재로 바꿀 수 있는 기술이 개발됐다. 박홍규 고려대 교수 연구팀은 빛을 흡수하는 그래핀 성질을 이용해 나노미터 크기의 작은 레이저인 나노레이저 컬러를 자유자재로 바꿀 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 나노레이저는 수십에서 수백 나노미터 크기의 빛을 가두는 장치를 이용한 레이저다.

연구자들은 빛의 속도로 빠른 미래 컴퓨터인 광학컴퓨터 개발을 위해 힘쓰고 있다. 정보, 이미지 등을 빛으로 처리하기 위해 전자 칩에 집적시킬 만큼 소형 레이저가 필요하며 이를 활용하기 위한 연구가 이뤄지고 있다. 그러한 가운데 그래핀이 나노미터 크기의 작은 레이저 색깔을 자유자재로 바꿀 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

빛의 특성이 바뀌는 특이점 두 동일한 나노레이저의 개념도 (왼쪽). 두 가지 색깔이 하나로 바뀌거나 한 가지 색깔이 두 가지 색깔로 바뀌는 레이저의 특이점을 보여주는 계산 결과(오른쪽). 빨간색 화살표가 특이점을 나타낸다.

연구팀은 두 나노레이저를 가깝게 위치시키고 한 쪽 레이저에만 그래핀을 덮어서 빛이 손실되는 부분과 빛이 발생하는 부분을 따로 분리했다. 두 가지 색깔의 빛이 한 가지 색깔의 빛으로 바뀌는 물리적 현상을 실험적으로 최초로 관측했다.

그래핀의 광학적 흡수 특성은 외부에서 전압을 가하면 제어할 수 있다. 이 실험에서는 외부에서 전압을 가해 그래핀의 광학적 흡수 특성을 변화시켰고 특이점을 전기적으로 제어할 수 있음을 확인했다.

박 교수는 “그래핀을 이용해 나노레이저의 특이점을 제어하는 물리 현상의 새로운 발견”이라면서 “레이저 빛의 특성을 효과적으로 바꿀 수 있어 미래 광학컴퓨터 개발 등에 적용될 수 있을 것”으로 기대했다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com