나노기술 및 정책 정보

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● 중국 전자과기대학교 류옌 교수와 서북공업대학교의 깐쉐타오 교수 공동연구팀이 높은 효율로 2차 고조파 발생이 가능한 실리콘 나노큐브 어레이를 제조

● 실리콘은 광소자 및 광전소자 분야에서 미래 유망 소재로 각광받고 있으며, 뚜렷한 3차 비선형 광학응답 특성을 보유

● 비선형 광소자 중에서 2차 비선형 광소자는 3차 비선형 광소자보다 자화율이 1,010배 더 크며 활용 가치가 더 높지만, 실리콘 결정체는 고유의 중심대칭 구조로 2차 광학적 비선형성이 더 약함.

● 연구팀은 실리콘 표면 혹은 계면에서 중심대칭성을 깨는 방법으로 2차 비선형 광학응답을 유도하여 뚜렷한 2차 고조파 발생을 실현하였으며, 이는 실리콘 표면의 2차 비선형성 개선 및 전기장 향상에 의한 광학적 공명 증대가 있었기 때문임.

● 특히, 슬롯이 있으면 2차 비선형성을 갖는 표면적이 넓어지고 실리콘 표면에 light field가 오랫동안 유지되어 빛과 물질간 상호 작용이 효과적으로 이뤄지는 것이 가능

● 실험 결과에 의하면, 슬롯형 실리콘 나노큐브 어레이의 2차 고조파 발생 효율은 1.8×10-4 W-1에 달하며, 기타 실리콘 미세구조 및 플라즈마 구조보다 변환효율이 더 높은 것을 확인

● 해당 연구 성과는 실리콘 소재의 응용분야 확대 및 중심대칭구조 소재의 2차 비선형 광학효과 연구를 위한 새로운 전략을 제시했다는 평가를 받음

※ Laser&Photonic Review 게재(2022.02.13),“Efficient Second-Harmonic Generation from Silicon Slotted Nanocubes with Bound States in the Continuum”