나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)공업대학 물질공학원재료계 연구그룹이 새롭게 개발한 완전 편파 4차원 음극선 발광법(Cathodoluminescence)을 이용한 ‘빛의 위상 매핑’에 의해, 구체(球状)로부터의 원형 편광 방사 제어가 가능하다는 것을 발견함. 완벽한 대칭을 갖는 구체는 키랄(chiral)성을 갖지 않지만, 전자선을 이용하여 구체 실리콘 나노입자 내 쌍극자의 위상 제어를 함으로써 원형 편광을 추출하는 데 성공함. 연구진은 두 가지 방법을 사용했는데, 하나는 가속 전자선을 여기원으로 이용하여 위상 차를 내어 2개의 직교하는 쌍극자를 여기하는 방법이고, 하나는 실리콘(Si)을 비롯한 유전체 물질을 재료로 하여 전기 쌍극자에 더하여 직교 회전 전기장에 따른 자기 쌍극자를 여기하는 방법임. 연구진은 전자선 여기에 의한 원형 편광 생성을 나노 스케일로 측정하기 위해 방사각·에너지의 동시 분해가 가능한 완전 편파 4차원 음극 발광법을 새롭게 개발함. 본 방법은 주사형 투과전자현미경을 기반으로 하고 있으며, 1nm 스케일의 높은 공간분해능에서 광전장 분포를 시각화 할 수 있음. 본 연구에서 제안한 바와 같은 대칭성이 높은 구조로부터 원형 편광 제어는 전방위형 원형 편광 안테나로 유용할 것으로 보이며, 구체를 이용한 키랄 광 나노안테나는 전방위형 안테나 역할을 하기 때문에 차세대 광통신 등에 응용될 것으로 기대됨. 또한, 본 연구에서 개발한 완전 편파 4차원 음극 발광법은 나노 스케일에서의 편광 상태 및 위상 추출이 가능하기 때문에 향후 광학 장치 및 나노포토닉 재료의 분석과 연구 개발에 도움이 될 것으로 예상됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ (“Chiral Light Emission from a Sphere Revealed by Nanoscale Relative Phase Mapping”) 지에 게재됨.