‘빛의 반도체’ 한국서 빛보다

KAIST 양승만 교수팀, 광`바이오 기능성 광자결정 구조체 개발 굴절률 조절.광결정구 연속제조 가능 등 실용화 기대

▲ 양승만 교수

나노입자들의 자기조립원리 규명을 통해 방대한 양의 정보 처리를 가능케 하는 프로토타입의 광·바이오 기능성 광자결정 구조체가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST(총장 서남표)는 생명화학공학과 양승만(58) 교수 연구팀을 중심으로 지난 2006년부터 광자결정 소재의 실용성 확보를 위한 연구를 수행한 결과, 이 같은 연구개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

오는 9월 어드밴스드 머티리얼스 인터넷판 표지 논문 게재 등 해외 저명 학술지로부터 크게 주목받고 있는 성과로, 굴절률 조절이 가능한 미세입자의 대량 생산기술을 개발한 점은 첫번째 성과다.

이전의 3차원 광자결정의 굴절률은 1.5~2.0 수준으로 광자결정의 실용화에 한계를 보였지만, 양 교수팀은 굴절률을 1.4~2.8까지 조절할 수 있도록 했다.

이는 나노레이저와 광 공명기, 마이크로렌즈 등 각종 광학소자와 광촉매 등으로 활용될 수 있다.

두번째 성과는 광자유체 기술을 이용한 광결정구 연속 생산기술 개발로, 이는 균일한 크기와 모양을 갖는 광자 결정구의 생산공정에 필요한 시간을 수십 시간에서 수십 초로 단축하며 연속 제조를 가능케 한다.

▲ 자연상태의 광자결정 구조체를 대표하는 나비날개

차세대 반사형 디스플레이 색소나와 나노 바코드, 생물 감지소자 등에 활용 가능하며, 이 분야 세계 굴지의 화학회사인 독일 머크 사 등과의 국제경쟁에서 우위를 점하는데 지대한 역할을 수행할 것으로 기대된다.

광자유체 기술을 이용한 광결정 가변 나노 레이저 개발도 손꼽히는 성과다.
고열 발생으로 인해 발진하는 레이저의 파장을 변화시키기 어려운 기존 나노 레이저의 단점을 극복했다.

생명공학 분야 신약개발 등의 과정에서 극미량의 시료로부터 방대한 양의 바이오 정보를 광학적으로 신속히 처리하는데 필요한 광원으로 활용될 전망이다.

▲ 3원광 광자결정구와 다색상 야누스 광자결정구의 현미경사진과 픽셀화된 3원광 광자결정 모습

카이스트 관계자는 “전 세계적으로 지난 20여년간 자연 상태로 존재하는 광자결정의 나노구조를 인공적으로 제조하기 위한 연구가 끊임없이 진행됐지만, 실용적인 구조 획득에는 한계가 있었다”며 “이번 기술개발로 관련 기술분야 국제경쟁력 확보 및 실용화가 앞당겨질 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 광자결정 구조체는 자연계에서는 오팔보석과 나비 날개, 공작새 깃털 등으로 대표되며, 광자(빛)가 정보를 처리하는 미래 사회에서 현재의 반도체 역할을 수행할 것으로 기대되는 일명 빛의 반도체라 불린다. /이희택 기자 [e-mail]