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그래핀의 테라헤르츠 레이저에 응용 및 미래

전문가 제언: ○ 탄소원자의 단층시트 ‘그래핀’은 특이한 광전자물성으로 종래의 재료가 갖는 곤란한 기능·성능을 개선하기 위한 각종기능의 디바이스용 재료로 기대된다. 특히 양자 캐스케이드(cascade)레이저를 시작으로 종래형의 디바이스로 실현하기 어려운 상온 테라헤르츠발진의 실현이 기대된다. 여기서는 그래핀에 의한 테라헤르츠 레이저(tera hertz: 0.3~3x1012sec-1)의 개발에 대한 이론·실험의 발전에 대해 소개한다.

○ 광 펌프의 조사로 생성되는 광 캐리어에 수반되는 그래핀 내부의 캐리어밀도의 공간분포가 SPP의 여기를 촉진하는 것에 대한 관찰은 이론적으로 추정된 것이며 실험적 검증이 필요하다. 이 실험적인 결과를 바탕으로 SPP의 특성을 임계 저속으로 조정하므로 ㎔ 포논과 상호작용시간이 길어져 이득증강작용에 기여하며 고출력 플라스몬 레이저의 실현이 가능할 것이다.

○ 테라헤르츠 영역은 0.3~3㎔ 주파수로 적외선보다 파장이 길고 X선처럼 투과력이 강하고 인체에 해가 없으며, 공황보안, 영상, 디바이스 등에 활용가능하나 미개척 분야이며 국내 연구발표는 거의 없는 상황이다. IBM에서는 그래핀 나노리본, 양자점, 나노 디스크에서 발생하는 플라스몬과 빛이 강하게 상호작용하는 전자의 집단적 진동이 광 발진에 이용가능성을 발표했다.(Nature Photonics 2013) 독일 막스플랑크 연구진은 적외선 레이저로 광전자 분광법을 통해서 그래핀에서 테라헤르츠 펄스를 방출하는 가능성을 보여주는 연구결과를 발표했다. (Nature Materials 2014년)

○ 테라헤르츠의 기술은 기초과학, 나노기술, 반도체, 보안, 국방에 이르는 다양하게 응용될 수 있는 융합기술이다. 현재는 전자빔 가속기에서 방출되는 테라헤르츠 광을 활용하고 있으나 투자비용이 고가(수백억 이상)로 일반 실험에 활용하기 어렵다. 그래핀에서 방출되는 테라헤르츠 광을 활용하면 저렴한 투자비용으로 많은 연구, 개발자들이 실험을 할 수 있어 신소재, 반도체 등의 응용산업과 기초연구의 한계를 극복할 수 있는 계기가 될 것이며 국가 그래핀의 응용사업 및 삼성의 미래기술육성사업(10년간 1조 5천 억 원 투자)으로 과제로 채택되어야 할 것이다.

저자: 尾？泰一
자료유형: 학술정보