EU의 지원을 받는 과학자들은 원자 수준의 얇은 재료를 사용하여 레이저 빔의 색상을 바꿀 수 있는 장치를 설계했다.
레이저는 수년에 걸쳐 어디에서나 볼 수 있게 되었다. 레이저는 의학에서나 법 집행에 이르기까지 현대 사회의 모든 부분을 대표하는 수천 개의 응용 프로그램 안에서 잘 사용되고 있다. 오늘날의 장치는 점점 더 소형화되어 구성 요소가 더 작아진다. 레이저 가공은 반도체 제조에 혁명을 일으켜 더 작고 얇게 만드는 기술도 가능하게 한다.
EU가 자금을 지원하는 GrapheneCore3 프로젝트에서 부분적으로 지원을 받았던 연구원들 덕분에 장치가 훨씬 작아지고 있다. 프로젝트 파트너인 이탈리아 Politecnico di Milano의 비선형 광학 연구원인 Giulio Cerullo 박사는 'EurekAlert!'에 게시된 보도 자료에서 "발명된 지 60여 년 동안 레이저는 우리의 삶을 절대적으로 변화시켰다"고 말했다.
2D 재료의 잠재력 입증
Cerullo 박사는 미국 Columbia University의 과학자 팀과 함께 이황화 몰리브덴(MoS2)이라는 2D 물질을 조사했다. 그래핀 및 기타 반도체 소자를 대체할 수 있는 유망한 소재다. 그들은 두께가 1 마이크론 미만인 MoS2 스택에서 개발된 장치가 통신 파장에서 광 주파수를 변환하여 다른 색상을 생성하는 방법을 특성화했다. 이 연구는 '네이처 포토닉스' 저널에 게재됐다.
이 작업은 밀리미터와 센티미터 단위로 측정되는 가변 레이저에 현재 사용되는 일반적인 재료를 대체하는 데 한 걸음 더 다가갔다. "비선형 광학은 현재 거시적인 세계이지만 우리는 그것을 미시적으로 만들고 싶다"고 Politecnico di Milano에서 Cerullo 박사와 함께 물리학 박사 학위를 최근에 마친 Chiara Trovatello 박사는 말한다.
레이저 기반 장치를 미세한 규모로 축소
MoS2의 단일 레이어는 광 주파수를 효율적으로 변환할 수 있지만 장치를 만들기에는 너무 얇다. 과학자들은 3R-MoS2로 알려진 필수 결정(Crystals)을 조작했다. 그들은 3R-MoS2를 사용하여 다양한 두께의 샘플이 얼마나 효율적으로 빛의 주파수를 변환하는지 테스트했다.
결과는 시작부터 놀라웠다. “과학계에서는 드물게 처음 예상보다 잘 작동하는 프로젝트를 할 수 있었다. 일반적으로는 그 반대인데, 이것은 매우 드물고 마법 같은 일이었다”고 Columbia의 기계 공학 부교수인 James Schuck은 말한다. “나는 30년 넘게 비선형 광학 분야에서 일해 왔다. 연구는 대부분 점진적이며 이전에 있던 것 위에 천천히 새로운 연구 결과를 축적해 나간다. 큰 잠재력을 가진 완전히 새로운 일을 하는 기회는 참 드물다. 그런데 이 새로운 소재는 게임체인저가 될 수 있다는 생각이 들었다”고 Dr Cerullo는 말한다.
GrapheneCore3(Graphene Flagship Core Project 3)는 유럽이 그래핀 혁명에 뒤처지지 않도록 23개국 160명의 학계 및 산업계 파트너가 함께 한다. 전반적으로 목표는 2023년까지 그래핀 혁신을 시장에 출시하는 것이다. 이 프로젝트는 2023년 9월에 종료된다.
- 기간: 2020.04.01.~2023.09.30.[Horizon 2020]
- 예산: 1억 5,000만 유로 [EU 지원 100%]
- 조정: CHALMERS TEKNISKA HOGSKOLA AB [Sweden]
