나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술원의 장민석 교수 연구팀은 높은 민감도를 가지는 주사 근접장 현미경(SNOM)을 통해 단결정 금 위 63nm(나노미터) 두께의 육각형 질화붕소(h-BN)에서 전파되는 쌍곡 영상 포논-폴라리톤(HIP)을 측정

● 연구팀은 수-파장을 진행하는 HIP의 이미지를 얻었으며, 육각형 질화붕소(h-BN) 결정에서 전파되는 강한 구속 상태의 고차 HIP 신호를 세계 최초로 관측하는데 성공

● 이를 통해 연구팀은 반데르발스 결정에서 포논-폴라리톤이 전파 수명 손실 없이 고응축 상태에 이를 수 있다는 것을 제시

● 실험 결과는 원자 수준으로 평편한 금 단결정이 육각형 질화붕소(h-BN)이 올라갈 기판으로 사용됐기 때문에 얻을 수 있었던 결과로 평편한 금 단결정은 표면 산란을 억제하며, 극도로 작은 전압 손실(ohmic loss)를 보유하기 때문에 중적외선 대역에서 영상 포논-폴라리톤이 손실없이 전파되기 위한 최적의 환경을 제공

● 연구팀에 의해 측정된 영상 포논-폴라리톤은 저손실 유전체에서 전파되는 포논-폴라리톤 대비 2.4배 응축된 형태와 비슷한 전파 수명을 지니기 때문에, 약 두 배의 성능 지표를 가짐. 

● 특히, 연구팀은 영상 포논-폴라리톤과 영상 그래핀 플라즈몬 사이의 유사성을 밝혀냈으며, 두 전파 모드는 모두 극도로 응축된 전자기장을 보이고, 짧아진 폴라리톤 파장에 무관하게 전파 수명이 일정

● 이 측정 결과는 유전 박막으로 이루어진 저차원 폴라리톤에 대비해 영상 폴라리톤이 강점을 가진다는 것을 시사

※ Science Advances 게재(2022.07.13.), “Near-field probing of image phonon-polaritons in hexagonal boron nitride on gold crystals”

※ 삼성미래기술육성센터, 한국연구재단의 지원