[광주=광주타임즈]곽상원 기자=조선대학교(총장직무대리 김재형) 사범대학(학장 박현주) 물리교육과 명노준 교수는 한 방향으로만 빛을 전파시키는 새로운 광결정 구조를 발견하고, 이를 이용해 기존에 알려진 것보다 훨씬 강한 자가콜리메이션(self-collimation) 현상을 밝혀냈다.

이 논문은 조선대 명노준 교수가 주도하고 기초과학연구원 복잡계이론물리연구단 박희철 박사 연구진, 그리스 요아니나 대학(University of Ioannina) 재료과학과 E. 리도리키스 (E. Lidorikis) 교수 연구진과의 공동연구로 진행된 연구 성과로, 네이처 퍼블리싱 그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 SCI 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 ‘Flat-Band Localization and Self-Collimation of Light in Photonic Crystals’이라는 제목으로 지난달 27일 게제됐다.

광결정이란 유전체의 주기적인 배열로 구성되는 일종의 가공 물질로, 자연계에 존재하는 결정으로서의 물질과 달리 광특성을 제약없이 조절할 수 있다는 점에서 디스플레이, 광전지 등의 광기술 분야는 물론이고 스텔스 기능, 투명망토 등 군사기술 분야에서도 폭넓게 사용되고 있다.

광결정 내부에서 빛이 전파되지 않고 갇혀있는 빛의 국소화(Localization of Light) 현상은 도파관, 태양전지, 레이저 등의 다양한 광소자 응용기술에 활용되고 있으나, 빛의 국소화 현상을 구현하기 위해서는 광결정에 결함 또는 비정질성을 의도적으로 가해줘야 했다.

명노준 교수가 주도한 이번 연구에서는 양자 상쇄간섭에 의한 콤팩트 국소화 상태(Compact Localized States) 이론을 광결정 구조에 도입해, 광결정에 어떠한 결함이나 비정질성이 없이도 빛이 진행하지 못하고 특정 공간에 머무를 수 있음을 밝혔다.

또한, 명노준 교수와 공동 연구진은 이러한 빛의 콤팩트 국소화 상태가 광학밴드(Photonic Bands)에서 빛의 군속도가 0인 평탄밴드(Flat Bands)로 나타나며, 이방성 평탄밴드를 가지는 광결정 구조를 구현함으로써 한 방향으로만 빛이 전파되는 자가콜리메이션 효과를 발견했다.

이번 연구에서 밝혀낸 자가콜리메이션 효과를 이용하면 특정한 방향으로 입사된 빛의 전파만을 허용하는 새로운 광소재를 구현할 수 있으며, 이론적으로는 무한히 먼 거리까지 빛을 손실없이 전달할 수 있어 광통신 소재로의 활용가치가 매우 높을 것으로 전망된다.

이 연구결과는 광소자응용 원천기술로의 잠재력과 메타물질(Metamaterials)연구로의 확장성을 높이 평가받아. 융복합 과학분야 영향력 순위 상위 20%이내 SCI 학술지 사이언티픽 리포트(네이처 퍼블리싱 그룹 발행)에 지난달 27일 게제됐다.