나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 원사(院士)이며, 중국과학기술대학교 교수인 궈광찬(郭光燦) 박사 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 나노 조화 진동자(nano harmonic oscillator)의 포논 패턴 간섭(phonon pattern coherence)을 조종 제어하는 기술 개발에 성공함.

나노기술이 신속히 발전됨에 따라 표면 음파, 나노 조화 진동자 등 디바이스를 통해 부분적인, 심지어 싱글 포논(single phonon)을 생성시켜 전달하고, 조종 제어할 수 있게 됨. 이는 양자 정보 처리 분야에서 응용되고 있는데 그 중 대부분의 응용은 모두 다른 조화 진동자 모델 간의 간섭에 대한 조종 제어를 전제 조건으로 하고 있으며, 공간상에서 가까운 주변 커플링 조화 진동자 포논 모델에 대해서 이미 잘 알려져 있지만 가까운 주변이 아닌 포논 모델 간의 장거리 제어 가능한 간섭 정보 전달 관련 과제는 여전히 세계적으로 해결하지 못한 상황임.

이런 도전적인 과제에 대해 연구팀은 나노 조화 진동자 중의 포논 모델에 대한 조종 제어 관련 연구를 수행함. 이미 취득한 가까운 주변 조화 진동자 및 간섭 조종 관련 연구개발 성과와 정전기학 조절 가능한 가까운 주변이 아닌 조화 진동자 커플링 관련 연구개발 성과를 기반으로 그래핀 나노 조화 진동자 병열 연결 커플링 디바이스 3개를 개발함. 그래핀의 우수한 전기학과 역학 성능을 이용하여 중간 조화 진동자를 전달 매개체로 하여 양 끝단의 장거리 조화 진동자 모델 간의 조절이 가능하고 강한 커플링을 실현하였음.

연구팀은 샘플 구조와 측정 방안 최적화를 통해 커플링 강도와 품질 팩터를 기존의 작업 수준보다 2 등급이나 향상시켰으며, 협동 계수를 107 수준에 도달시킴으로써 국제적으로 보고된 결과보다 수 개 등급이나 향상시켰음. 연구팀은 관련 분석을 통해 동시 조절이 가능하고, 커플링 강도가 높고, 간섭 성능이 이상적이라는 분석 결과를 도출하였음. 연구팀은 관련 연구개발 성과를 기반으로 가까운 주변이 아닌 조화 진동자 포논 모델의 Rabi 진동, Ramsey 간섭 및 전기학 조종 제어 성능을 데모하는데 성공하였음.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 관련 실험을 통해 가까운 주변이 아닌 포논 모델 간의 제어 가능한 간섭에 대한 조종 제어를 실현함으로써 나노 조화 진동자 디바이스 중의 포논 모델을 이용하여 정보의 간섭 저장과 간섭 전달을 위한 조건을 만들었으며, 나노 음성학에 기반 한 음성과 광전자 통합화 디바이스 개발 가능성을 확장시켰음.

연구팀은 이번 연구를 통해 양자 구역 포논 상태의 전자학 조종 제어 및 포논 시스템에 기반 한 신형 하이브리드 양자 정보 디바이스 연구개발을 위해 새로운 루트를 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘PNAS’ ("Coherent phonon dynamics in spatially separated graphene mechanical resonators")지에 게재됨.