나노기술 및 정책 정보

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● 미국 Harvard John A. Paulson School F. Capasso 교수 연구팀은 가시광선 영역에서 초단 레이저 펄스 사용시 발생하는 빛의 분산을 상쇄할 수 있는 나노기둥 실리콘 코팅 기술을 개발

● 초단 레이저 펄스(Ultrashort laser pulses)는 실시간 화학반응 관찰, 섬세한 생체 샘플 이미지화, 정밀한 나노 구조 제작 및 비트 전송율이 높은 장거리 광학 통신을 가능하게 함.

● 이러한 초단 레이저 펄스를 가시광선 영역에서 사용하기 위해서는 유리와 같은 투명한 물질을 통해 적색광이 청색광보다 빠르게 이동한다는 근본적인 어려움을 극복해야 하는데 이는 이러한 속도 차이로 인해 초단 레이저 펄스가 유리 렌즈를 통과할 때 빛의 파장이 분리되어 빔의 유용성이 사라지기 때문임.

● 이러한 색 분산 문제를 해결하기 위해 연구팀은 빛의 분산을 상쇄할 수 있도록 유리 렌즈 표면에 실리콘을 코팅하는 방법을 개발

● 연구진이 개발한 초박형 코팅 기술은 정밀하게 설계된 나노 실리콘 기둥을 사용하여 적색광을 포집한 후 잠시 동안 재방출을 보류시켜 적색광에 비해 느리게 움직이는 청색광이 적색광을 따라잡게 함으로써 파장의 분산을 억제

● 나노기둥 실리콘 코팅 방식은 적색광의 속도를 느리게 하고 빛을 구성하는 개별 파장의 속도를 평균화함으로써 투명한 물질의 분산 효과를 상쇄하며 레이저 펄스의 유지시간을 2천조 분의 1초로 단축

● 연구팀이 개발한 나노기둥 실리콘 코팅 기술은 반도체 산업에서 적용되는 상용 리소그래피 기술을 사용하므로 기존 광학 부품에 신속하게 적용 가능하고, 펨토초 레이저 펄스의 적용 가능성을 확대

※ 용어설명

- 나노기둥(nanopillar): 직경이 약 10nm(나노미터)인 기둥 모양 구조로 인공적으로 설계되었으며, 태양전지 및 항균 표면에 적용 가능

- 리소그래피(lithography): 마스크를 통과한 광자나 전자, 이온 등을 사용하여 감광막을 변성시키고, 변성된 부분을 화학처리하여 원하는 패턴을 만들어내는 과정

※ Nature Communications 게재(2021.11.11.), “Slow light nanocoatings for ultrashort pulse compression”