나노기술 및 정책 정보

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● 일본 홋카이도대학 전자과학연구소, 중국 베이징대학교 국제 공동 연구그룹이 금 나노 입자 쌍을 일렬로 규칙적으로 배열한 인공 구조(bulk)의 엣지(edge)부분에 쌍이 아닌 단일 금 나노 입자를 배치하여 구조 전체에 빛을 조사(照射)한 바, 엣지의 단일 입자에 ‘근접장’이라 불리는 ‘토폴로지컬 엣지(topological edge)’ 상태가 발현되는 것을 최초로 규명

● 특히, 연구진은 엣지 상태가 소멸되는 위상 완화 시간이 벌크 금 나노 입자 쌍의 개수에 의존하여 길어지고 어느 개수 이상으로 포화되는 것을 발견, 엣지 상태가 벌크 상태와의 에너지 진동을 거쳐 형성된다는 것을 검증

● 연구진은 금의 인공 나노구조로 관측된 ‘빛의 토폴로지컬 엣지 상태’라는 토폴로지컬 절연체의 매우 특이한 특성을 이용

● 이 특성을 금의 인공 나노구조로 전개함으로써 엣지에 근접장이 국재화하는 과정을 1펨토초의 시간 분해능 및 수 nm의 공간 분해능이라는 매우 높은 정밀도로 가시화했으며 시뮬레이션을 통해 국재화 메커니즘을 검증하는 데도 성공

● 빛의 토폴로지 효과는 빛의 산란 손실이나 구조의 혼란에 견디는 견고한 광학 구조를 제공하기 때문에 광 정보 전송, 양자 컴퓨터 등의 새로운 광 디바이스를 실현하는 데 유용할 것이라 여겨지며, 현재 금의 나노구조를 이용한 ‘빛의 토폴로지컬 엣지 상태’에 관한 연구는 전 세계에서 활발히 이루어지고 있지만 매우 빠른 시간에 생성·소멸하기 때문에 시간 영역에 관한 연구는 거의 진행되지 않았던 상황

● 연구팀은 어떠한 인공 구조를 이용하여 근접장을 효율적으로 원하는 나노 공간에 빠르게 국재화시킬 수 있을지 등의 관한 이해가 깊어지게 되면 향후 새로운 광 디바이스가 구축될 것으로 기대 

※ Nano Letters 게재(2021.10.20.), “Near-Field Imaging and Time-Domain Dynamics of Photonic Topological Edge States in Plasmonic Nanochains”