나노기술 및 정책 정보

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● 스페인 Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology의 Giulio Cerullo 교수 연구팀이 이탈리아 CNR-IFN, Politecnico di Milano, University of Pisa, 영국 Cambridge Graphene Center 연구팀과의 공동 연구를 통해 그래핀의 냉각속도 및 이완시간을 제어하여 광학 특성을 조절할 수 있다는 것을 발견

● 그래핀은 단일 원자층 두께가 10억 분의 1m 보다 얇아 전하 캐리어의 광 여기를 통해 가시광선에서 적외선까지 빛을 효율적으로 흡수

● 광 흡수 후, 들뜬 전하 캐리어는 수 피코초(ps) 안에 초기 평형 상태로 냉각되고, 이완 과정에서 보이는 초고속 속도는 그래핀을 빛 감지기, 변조기 등 많은 분야에 기술적으로 응용될 수 있도록 함.

● 이러한 과정에서 연구팀은 외부 전기장을 적용해 그래핀 전하 캐리어의 이완시간을 크게 수정할 수 있다는 사실을 발견

● 연구팀이 관찰한 그래핀 내 전하 캐리어의 이완시간 변화는 결정체의 광학적 반응에 대한 전례 없는 수준의 제어를 보여주었으며, 단일 소재를 활용하여 다양한 결과를 얻는 것이 가능

● 해당 연구를 통해 그래핀이 레이저에서 포화 흡수제로 사용되어 초소형 광 펄스를 생성하는 경우, 전하 캐리어의 이완시간을 변경하면 출력 펄스의 지속시간 제어가 가능하다는 것을 입증

※ 용어설명

- 포화흡수제(saturable absorber): 빛의 세기가 증가하면 흡수는 적고, 빛의 세기가 작을수록 흡수가 큰 특성의 흡수제

- 캐리어(carrier): 전하를 옮기는 물질을 의미하며, 종류는 전자(-), 정공(+)

※ ACS Nano 게재(2022.02.21.), “Electrically Tunable Nonequilibrium Optical Response of Graphene”