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초전도 단일광자 검출기

전문가 제언: ○ 전자기파인 빛의 에너지 분해능의 향상은 새로운 물리현상의 발견뿐만 아니라 첨단산업에도 기여한다. 이에 따라 새로운 광자검출기의 개발과 검출기의 양자효율 및 시간분해능을 높이려는 노력이 대학, 공공연구소, 산업계에서 활발히 진행되고 있다.

○ 초전도현상을 이용한 광자검출은 오랜 역사를 가진다. 1960년대부터 천문학에서는 ㎜파 및 적외선영역에서 천체관측에 초전도 볼로미터 또는 초전도터널접합 형태의 검출기가 사용되었다.

○ NbN를 사용하는 나노 선 초전도 단일광자 검출기(SSPD)와 텅스텐(W), 티타늄(Ti)을 사용하는 초전도 상전이센서(TES)를 광통신파장대인 1,550㎚에서 동작하는 연구는 2000년대 이후에 시작되었다.

○ 러시아의 Moscow 국립교육대학과 미국의 Rochester 대학에서 시작하여 최근에는 MIT, NIST 등이 활발하다. NIST에서 활동하는 이 분야의 세계적 권위자는 한국계인 S. W. Nam박사이다. 일본에서는 정보통신연구기구(NICT)와 AIST산하 계량표준센터에서 연구가 수행되고 있다.

○ SSPD 연구에서 어려움 중의 하나는 NbN 나노 선으로 된 시료제작이다. TES는 100mK 이하에서 동작하므로 냉각문제도 쉽지 않다.

○ 초전도 단일광자 검출기는 선형 광학적 양자계산, 양자열쇠배포와 같은 양자 정보통신 분야뿐만 아니라 산업계에서도 응용된다. 초대규모 집적회로(VLSI)의 결함을 탐지하는 비파괴시험에 사용된다.

○ 생체형광(biofluorescence)분광기술의 발달로 ㎓ 계수율의 고감도 에너지 분해 광자검출기가 필요하다. 이밖에도 기술의 발달에 따라 여러 새로운 분야의 응용이 예상된다.

○ 국내에서는 표준과학연구원에서 TES를 개발하여 X-선 영역에서 실험하였으며 통신파장대역의 연구를 계획 중이다. 기초과학과 산업응용이 가능한 초전도검출기 연구가 대학, 산업계에서 활성화되기를 바란다.

저자: FUKUDA Daiji, YOSHIZAWA Akio, TSUCHIDA Hidemi
자료유형: 학술정보