나노기술 및 정책 정보

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2010년 그래핀에 대한 연구로 노벨 물리학상이 수여된 이래로 2D재료(원자 두께의 나노시트)는 과학에서 화제가 되었음. 이 중요한 관심은 다양한 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 가진 뛰어난 특성 때문임. 예를 들어, 광섬유와 결합된 2D 재료는 센서, 비선형 광학 및 양자 기술 분야에서 새로운 응용을 가능하게 함. 그러나 이 두 구성 요소를 결합하는 것은 지금까지 매우 힘들었음. 일반적으로 원자적으로 얇은 층은 손으로 광섬유에 옮기기 전에 별도로 생산해야 했음.

독일의 프리드리히 실러 예나 대학교(Friedrich Schiller University of Jena)의 국제공동 연구팀이 이제 광섬유에서 직접 2D 재료를 성장시키는 데 처음으로 성공했음. 이 접근법은 그러한 하이브리드의 제조를 상당히 용이하게 함. 예를 들어 빛과 강하게 상호작용하는 우수한 광학 및 광자 특성을 가진 2D 재료인 전이금속 디칼코게나이드를 특수 개발된 유리섬유에 통합했음. 과거와 달리 나노미터 절반 두께의 시트를 수동으로 붙이지 않고 섬유에 직접 성장시켰음. 이번 결과는 2D 재료가 섬유에 보다 쉽고 대규모로 통합될 수 있음을 의미함. 또한 유리섬유의 빛이 코팅과 강하게 상호작용한다는 것을 보여줄 수 있었음. 성장 매개변수를 분석하고 제어하여 2D 재료가 섬유에서 화학기상증착(CVD)에 기반한 방법으로 직접 성장할 수 있는 조건을 확보하였음. 무엇보다도 2D 재료 성장을 위해서는 섭씨 700도 이상의 온도가 필요함. 이러한 고온에도 불구하고 광섬유는 직접적인 CVD 성장에 사용될 수 있음. 기판 역할을 하는 순수한 석영 유리는 최대 섭씨 2,000도까지 내열성이 있음. 2D 재료와 유리섬유의 조합은 두 세계의 장점을 결합한 지능형 재료 플랫폼을 만들었음. 새로운 2-D 재료의 제조 방법인 유리섬유와 2-D 재료의 기능화로 인해 빛과 재료 간의 상호작용 길이가 크게 늘어났음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Scalable Functionalization of Optical Fibers Using Atomically Thin Semiconductors”) 지에 게재됨.