[기계신문] 최근 광통신, QR코드 등 빛을 이용한 기술이 나날이 발전하고 있다. 이제는 빛을 이용한 정보처리기술인 광 컴퓨팅이 미래 기술로 각광받고 있다. 이 기술에 필수적인 원편광에 담긴 정보를 인지하는 반도체 소자를 국내 연구진이 개발해 주목받고 있다.
한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 임정아 박사 연구팀이 거울상 대칭 구조를 갖는 카이랄 분자와 반도체 소재를 이용하여, 원편광을 회전방향에 따라 감지하는 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다.
여기서, 카이랄 분자(Chiral molecule)는 마주한 양손과 같이 구조적으로 거울상 대칭 구조를 가져 서로 겹쳐질 수 없는 분자를 말하며, 원편광(Circularly polarlized light)은 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하면서 진행하는 빛을 의미한다.
지금까지 개발된 원편광 감지용 반도체 소자는 고가의 장비를 이용하여 까다로운 공정을 거쳐 제작해야 했다. 또한, 이 소자들은 균일한 박막을 제작하고 반도체 소자로 직접 응용하는데 어려움이 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하고, 쉽고 간단한 공정으로 실제 응용 가능한 소자를 만들어냈다.
연구팀은 카이랄 분자와 고분자 반도체를 함께 녹인 용액을 도포하고 가열하여 특별한 박막을 만들었다. 이 박막은 카이랄 분자와 고분자 반도체 층이 분리되는 구조를 가진다. 카이랄 분자 결정은 원편광의 방향에 따라 빛을 흡수하는 양이 달라서, 빛을 흡수한 후 생성하는 전하의 양이 다르다.
이 점을 이용하여, 전하를 전달받은 반도체 층에서 빛의 방향을 감지할 수 있는 소자를 제작하였다. 임정아 박사는 “이번 성과는 원편광 감응 반도체 박막을 손쉽게 제작할 수 있는 새로운 길을 제시한 것으로, 앞으로 원편광 응용 기술 상용화에 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST의 기관고유사업과 한국연구재단 신진연구자지원 사업으로 수행, 고려대학교와의 공동연구로 진행되었다. 연구 결과는 소재분야 국제 저널인 ‘Advanced Functional Materials’ 최신호에 게재되었다.