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빛·물질 성질 갖는 양자입자 상온에서 첫 생성

입력 : 2015-07-15 21:18:03 수정 : 2015-07-15 21:18:03

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카이스트 조용훈 교수팀 국내 연구진이 영하 200도 이하에서나 가능한 것으로 알려진 양자입자를 상온에서 생성시키는 데 처음으로 성공했다.

카이스트(KAIST) 물리학과 조용훈(사진) 교수팀은 15일 육각기둥 모양의 질화물반도체(InGaN) 마이크로막대를 이용해 빛도 물질도 아닌 제3의 입자인 ‘엑시톤 폴라리톤’이 상온에서 형성되는 것을 확인했다고 밝혔다.

발광다이오드(LED) 같은 광소자는 빛과 물질의 상호작용을 기반으로 한다. 거울 등을 이용해 빛이 물질 내부에 충분히 오래 머물 수 있는 적절한 조건을 만들면 서로 강하게 상호작용해 폴라리톤이 생성된다.

특히 반도체 내부의 엑시톤(전자와 정공(hole)이 빛을 받아 중성의 쌍을 이루는 입자)과 빛을 강하게 결합시킨 경우를 엑시톤 폴라리톤이라고 부른다. 이 폴라리톤을 생성시키기 위해 빛이 물질 내부에 충분히 머물게 하려면 반사율이 100%에 가까운 거울이 필요하지만 이를 만드는 반도체 기술은 공정이 복잡하고 오래 걸린다.

연구진은 거울이 없어도 빛이 물질 내부에 갇혀 서로 강한 상호작용을 일으키는 육각기둥 모양의 질화물 반도체 마이크로막대를 이용해 이 문제를 해결했다. 이어 빛이 갇혀서 맴도는 위치에 엑시톤이 양자효과를 일으키는 양자우물을 형성시켜 종전보다 5배 이상 강한 빛과 물질의 상호작용을 이끌어냈다. 이를 통해 상온에서도 엑시톤 폴라리톤 입자가 형성되는 것을 확인했다.

대전=임정재 기자 jjim61@segye.com

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