양자점으로 만든 인공분자의 미세 에너지 구조 규명
미세 에너지 준위를 활용한 다양한 양자제어기술 응용가능
□ 국내연구진이 두 개의 양자점을 수평방향으로 결합시킨 인공분자를 제작, 양자제어에 활용할 수 있는 독특한 물리적 특징을 찾아냈다.
○ 물리학자들은 주로 원자나 분자를 통해 양자물리를 연구하는데 나노기술을 활용하면 인공원자와 인공분자를 만들 수 있다. 자연에 존재하는 원자나 분자에 비해 인공원자와 인공분자는 필요한 물성을 디자인하고 제어할 수 있기 때문이다.
※ 양자점(quantum dot) : 전자를 가두어 두는 나노 크기의 작은 공간
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김광석 교수(부산대학교), 김종수 교수(영남대학교), 송진동 박사(KIST) 연구팀이 두 양자점이 결합한 인공분자의 미세 에너지 구조에서 일어나는 복잡하고 특이한 광전이 현상을 규명했다고 밝혔다.
※ 광전이 : 서로 다른 에너지 준위의 높고 낮은 상태를 오가며 빛을 방출하거나 흡수하는 현상
□ 연구팀은 두 개의 왕릉이 결합한 경주‘황남대총’을 닮은 양자점 인공분자를 나노 스케일에서 만들어 내고
○ 이 인공분자에서 기존의 독립된 한 개의 양자점이 지니는 물리적 특성과 다른 독특한 미세에너지 준위가 나타나는 것을 발견했다.
○ 이렇게 형성된 미세에너지 준위는 서로 공존할 수 있는 중첩상태로 양자정보통신에 활용될 수 있다.
※ 양자중첩 : 동시에 두 개 이상의 상태가 공존하는 양자물리의 특성
□ 원자가 결합한 분자에서 원자간 상호작용으로 개별 원자에서 나타나지 않던 에너지 준위가 추가로 형성되듯,
○ 양자점이 결합한 인공분자 역시 양자점 상호작용의 결과로 원래 없었던 다양한 미세에너지 준위가 형성된다는 설명이다.
○ 이는 양자점을 이루는 전자와 정공 각각의 에너지 준위와 이들 간 전기적 상호작용을 고려, 복잡한 에너지 구조를 이해한 데 따른 것이다.
□ 인공분자 내부의 다양한 미세에너지 준위들은 양자역학적으로 중첩상태에 있어 향후 양자제어기술에 활용한 많은 가치를 지니고 있다.
○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 광학분야 국제학술지 Light-Science and Applications에 6월 12일 게재되었다.