↑ 김광석 부산대 교수. [사진출처 = 한국연구재단] |
두 개의 전자를 결합시킨 인공 원자인 양자점은 나노미터 크기의 결정체로 초미세 반도체나 질병진단 시약, 디스플레이 등에 다양하게 적용된다. 양자 통신은 양자상태(전자)들이 중첩되면서 일어난다. 중첩된 전자 신호들이 많을수록 정보 전송 효율이 기하급수적으로 올라가는 것이다. 전자들이 중첩되려면 두 양자점이 나노 크기로 매우 가까이 있어야 한다.
기존에는 이 양자점 사이 전자 결합을 전기적 제어 기술로 유도했다. 강력한 전압을 받은 한 양자점 내 전자 파동이 다른 양자점 전자 파동과 결합해 신호를 중첩시킨 것이다. 하지만 이는 양자점 사이 수십 나노미터 크기의 작은 공간에 전기회로를 구성해야 하는 번거로움이 따랐다. 전기회로를 이용하면 전압 방향을 바꿀 수도 없어 전자 정렬 방향을 변경하는 것도 사실상 불가능했다.
하지만 김 교수팀은 김종수 영남대 교수, 송진동 KIST 박사 등과 공동으로 편광 방향을 통해 인접한 양자점 간 결합을 선택적으로 유도할 수 있도록 했다. 전기회로의 번거로운 제작공정 없이 전기장을 지닌 빛을 비춰 양자점 내 전자 결합을 손쉽게 제어한 것이다. 연구진은 양자점에 편광을 비춘 결과 전자와 정공의 결합체인 엑시톤이 두 양자점 사이에서 나란히 생성된다는 걸 밝혀냈다. 이 엑시톤은 비춰진 편광 방향에 따라 배열이 달라진다. 편광이 두 개의 양자점을 가로지르는 방향과 나란한 경우 엑시톤이 서로를 끌어당겨 전자가 결합된다. 반대로 편광이 수직인 경우 엑시톤이 서로를 밀어내 전자 결합이 이뤄지지 않는다.
김 교수
[서진우 기자]
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