물리학과

연구 개요 (Research Overview) 본 연구는 무거운 별의 진화 단계에서 핵심적인 역할을 하는 탄소(¹²C) 핵융합 반응률을 재검토하고, 최신 실험 데이터를 기반으로 반응률을 업데이트하였다. 탄소 핵융합(¹²C+¹²C)은 무거운 별의 후기 진화 단계에서 필수적인 과정이지만, 실험적 측정이 어렵고 기존 연구는 높은 에너지 영역에서 측정된 데이터를 외삽(extrapolation)하여 사용했다. 연구진은 최근 직접 측정된 데이터를 사용하여 탄소 융합의 천체물리학적 S-인자(S-factor)를 재평가하고, 이를 통해 보다 정확한 탄소 핵융합 반응률을 계산하였다. 업데이트된 반응률은 기존의 Caughlan & Fowler (1988) 모델에 비해 약 0.35~0.5배 낮으며, 이에 따라 별의 중심부 온도는 약 7% 상승하고 중성미자 냉각은 약 세 배 증가하였다. 또한 탄소 연소 단계의 수명은 기존 모델에 비해 2.7배 감소했다. 본 연구는 탄소 핵융합의 보다 정확한 반응률을 제공함으로써, 향후 별의 진화 시뮬레이션과 별의 운명에 대한 예측 정확도를 높이는 데 중요한 기여를 한다. [wonderplugin_pdf src="https://physics.unist.ac.kr/physics-arxiv/wp-content/uploads/2025/03/v2-4.pdf" width="100%" height="900px" style="border:0;"]

초강력을 넘어 극초강력 레이저 만들 수 있는 방법 찾았다!물리학과 허민섭 교수팀은 기존보다 1,000배 이상 강력한 레이저 펄스를 만들 수 있는 아이디어를 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이를 증명했다. l 디자인: 박혜지 세계 최고 출력 레이저보다 더 강력한 레이저를 만들 수 있는 방법을 찾았다. 레이저 핵융합 연구에 적용해 에너지 관련 문제를 해결하거나 첨단 이론 물리학의 예측을 실험적으로 증명하는데 활용하는 등 다양한 분야에 사용될 것으로 기대된다. UNIST(총장 이용훈) 물리학과 허민섭 교수팀, GIST (총장 임기철) 석희용 교수팀, 영국 스트라스클라이드(Strathclyde) 대학의 야로스진스키(Jaroszynski) 교수팀은 공동 연구를 통해 기존보다 1,000배 이상 강력한 레이저 펄스를 만들 수 있는 아이디어를 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이를 증명했다. UNIST의 허민섭 교수는 “이번 연구는 2018년 노벨 물리학상을 수상한 모로우(Mourou) 교수의 아이디어가 가진 한계를 극복할 수 있는 방법을 제시한 연구로서 최첨단 천체물리학 등의 기초 과학은 물론, 반도체 리소그라피나 레이저 핵융합과 같은 산업 및 에너지 연구에도 활용 가능할 것”이라고 강조했다. 1985년 모로우 교수가 발명한 처프 펄스 증폭 (CPA, Chirped-pulse amplification) 기술은 레이저 세기를 비약적으로 증가시킬 수 있는 기술이다. 현재는 이를 활용해 수 페타와트(1,000조 와트)까지 레이저 출력이 가능하다. 지구 표면 전체에 도달하는 태양 빛의 출력이 수십 페타와트 정도임을 생각한다면 페타와트 레이저가 얼마나 강력한 것인지 알 수 있다. 하지만 과학계에선 그보다 1,000배 이상 강력한 엑사와트 또는 그보다 더 강력한 제타와트의 필요성 이야기하고 있다. 지표면에 도달하는 태양 빛의 출력과 맞먹을 만큼의 초고출력의 레이저가 가능한 것은 에너지를 마이크론(0.001 mm) 크기의 좁은 공간에 집중시킴과 동시에 에너지를 시간적으로도 압축해 펨토초(10-15초)의 극히 짧은 펄스로 만들기 때문이다. 하지만 레이저의 에너지가 일정 크기 이상 커지면 압축에 사용되는 ‘회절 거울’이 파손된다. 페타와트 레이저를 얻기 위한 회절 거울은 크기가 1m 정도다. 이와 비례해 엑사와트 이상의 레이저를 얻기 위해선 수백미터 크기의 회절 거울이 필요한데, 사실상 제작이 불가능하다. 연구팀은 회절 거울 대신 플라즈마를 사용해 레이저 펄스의 압축 문제를 해결했다. 플라즈마는 번개의 섬광과 같이 높은 온도에서 전자와 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다. 이온화된 상태인 플라즈마는 이미 손상된 물질이기 때문에 아무리 강한 레이저를 넣어도 더 이상의 손상이 생기지 않는다. 광학적으로 빛을 분산시키는 성질 또한 가지고 있다. 즉, 플라즈마를 회절 거울과 같은 방식으로 활용하면 훨씬 더 강한 레이저 펄스로 압축할 수 있게 된다. 그림1. 플라즈마를 이용한 레이저 펄스 압축 GIST의 석희용 교수는 “플라즈마는 기존의 회절 거울과 같은 역할을 할 수 있고 더 이상 손상이 되지 않는 물질이므로 기존 CPA 기술의 결점을 보완할 수 있다”며 “몇 센티미터 정도 크기의 플라즈마 만으로도 엑사와트 이상의 초강력 레이저에 활용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 스트라스클라이드 대학의 야로스진스키 교수는 “초고출력 레이저는 우주와 물질, 그리고 시공간의 성질에 관한 근본적인 질문에 대한 답을 찾을 수 있는 중요한 도구”라고 언급했다. 이번 연구결과는 최첨단 이론물리학과 천체물리학에서 예측하는 다양한 현상들을 실험실에서 구현하는 데 사용될 수 있을 것으로 보인다. 레이저 핵융합 연구에도 활용 가능해 인류가 직면한 에너지 문제를 해결하는 데에도 초석이 될 수 있을 것으로 기대된다. 세계적으로 저명한 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 11월 13일 온라인 게재됐고, 연구수행은 과학기술정보통신부/한국연구재단, UNIST반도체대학원의 산업혁신인재성장지원사업, UKRI/영국과학공학연구위원회의 지원으로 이뤄졌다. 연구진-왼쪽부터-GIST-석희용-교수-UNIST-허민섭-교수-스트라스클라이드-야로스진스키-교수

연구 개요 (Research Overview) 이 연구는 블레이저 AO 0235+164에서 반복적으로 나타나는 플레어 현상을 다양한 파장의 관측 데이터를 기반으로 분석하였다. 특히 2008년과 2015년에 발생한 두 차례의 주요 플레어 사건을 중심으로, 전자기 스펙트럼 전 영역에 걸친 다중 파장 관측과 초장기선 간섭계(VLBI)를 이용한 고해상도 영상 분석을 통해 제트의 운동학적 및 기하학적 특성을 규명했다. 연구팀은 다중 파장 간의 상관관계 분석을 통해 서로 다른 스펙트럼 대역 간의 지연 시간(time delay)을 측정하였으며, 이를 통해 플레어의 방출 위치 및 방출 메커니즘에 대한 단서를 얻었다. 연구 결과, AO 0235+164의 제트에서 발생하는 플레어는 자기 컴프턴(synchrotron self-Compton, SSC) 메커니즘으로 가장 잘 설명되며, 특히 X선 영역에서는 주된 방출 영역과는 다른 별개의 입자 분포로부터 발생한 방출 성분이 존재한다는 것을 밝혀냈다. 본 연구는 블레이저에서 반복적으로 발생하는 극단적 플레어의 원인을 이해하는 데 중요한 기초 자료를 제공한다. [wonderplugin_pdf src="https://physics.unist.ac.kr/physics-arxiv/wp-content/uploads/2025/03/d3sm01283b-5.pdf" width="100%" height="600px" style="border:0;"]

연구 개요 (Research Overview) 이 연구는 블레이저 AO 0235+164의 2013년부터 2019년까지의 활동기 동안 발생한 다중 파장 플레어 현상을 분석한 것이다. 특히 2015년 라디오 플레어 시기에 발생한 제트 구성 요소의 변화를 중심으로, 상대론적 제트 내 에너지 분포가 자기장 에너지와 운동 에너지 사이에서 균형 상태(equipartition)에 가까웠음을 보여준다. 연구팀은 다양한 전파 및 감마선 관측 데이터를 통해 시간 지연 상관 분석을 수행하고, VLBI(초장기선 간섭계) 데이터를 기반으로 제트의 도플러 요인, 시선각, 자기장 강도 등을 계산하였다. 이 결과는 AO 0235+164의 제트 물리 구조와 방사 메커니즘 이해에 중요한 단서를 제공한다. [wonderplugin_pdf src="https://physics.unist.ac.kr/physics-arxiv/wp-content/uploads/2025/01/A-near-magnetic-to-kinetic-energy-equipartition-flare-from-the-relativistic-jet-in-AO-0235164-during-2013-2019.pdf" width="100%" height="600px" style="border:0;"]

이종박막구조(Thin Film Heterostructure)란 두 가지 이상의 물질들이 박막 구조로 접합된 소재의 한 형태이다. 두 가지 이상의 물질들을 계면 결합을 통해 조합하는 뛰어난 조작성 때문에 물질의 새로운 기저상태를 발현시키거나 고성능·고효율 다기능성 소자를 구현하는 주요 소재 기술로 주목받고 있다. 울산대학교(총장 오연천) 반도체학과 김태헌 교수, UNIST(총장 이용훈) 물리학과 오윤석 교수, University of Science and Technology of China의 Lingfei Wang 교수, 아주대학교(총장 최기주) 물리학과 이형우 교수, 성균관대학교(총장 유지범) 물리학과 최우석 교수로 구성된 공동 연구팀은 극 섭동(Polar Perturbation)들이 산화물 이종박막구조의 새로운 기능성들을 구현하는 데 중요한 통제변수임을 제시했다. 1956년 노벨 물리학상을 수상한 John Bardeen, Walter Brattiain, William Shockley가 발명한 최초의 트랜지스터인 점-접촉식-트랜지스터는 진공관 대비 작은 크기, 저발열, 저전력 등의 장점을 가진다. 하지만, 산화물 박막을 활용한 금속-산화막-반도체-전계효과-트랜지스터(MOSFET) 개발 이후 더 작은 크기의 트랜지스터 소자가 구현돼 산업화가 가능해졌다. 그림1. 산화물 이종박막구조의 물리적 특성들에 영향을 미치거나 새로운 기능성을 구현하는 데 활용 가능한 극 섭동들(Polar Perturbations) MOSFET의 주요 구성 요소인 산화물 이종박막구조는 박막에서 나타나는 고유한 기능적 특성과 흥미로운 고체물리학적 특성으로 인해 전 세계적으로 많은 연구 및 개발이 진행되고 있다. 특히 에피텍시얼 산화물 이종박막구조(Epitaxial Oxide Thin Film Heterostructure)는 서로 다른 복합 산화물로 구성돼 결정학적으로 잘 정렬된 격자구조를 가지고 있어 전이금속 산화물 내 전자들 사이의 강한 상관관계로 인해 숨겨진 새로운 기저상태를 발현하고, 이러한 발현된 기저상태의 물리학적 기작을 미시적으로 이해하고 규명할 수 있다. 이러한 구조는 새로운 기능성 반도체와 양자 소재를 설계하고 구현하며, 합성된 박막 소재와 소자의 기능성을 향상시키기 위한 차세대 플랫폼으로 활용될 수 있다. 이 논문에서 공동 연구팀은 산화물 이종박막구조의 다기능성을 더욱 발전시킬 수 있는 요소로써, 이종박막구조 내 다양한 극 섭동 인자들을 제시했다. 이러한 극 섭동 인자들은 박막이 제작되면서 형성되는 본질적 요소들과 가역적으로 제어가 가능한 외부적 요소들로 구분했다. 이런 본질적·외부적 극 섭동 요소들이 어떻게 산화물 박막 기반 나노 소자들의 기능성을 향상시키는데 응용될 수 있는지를 내부 물리 메커니즘과 함께 체계적으로 정리했다. 이번 연구는 저명한 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)“에 5월 12일자로 온라인 공개됐다. 논문 링크 https://doi.org/10.1002/adfm.202302261 오윤석 교수 프로필 오윤석 교수 홈페이지

연구 개요 (Research Overview) 본 연구는 LIGO–Virgo–KAGRA (LVK) 협력팀이 3차 관측 주기(O3)에서 포착된 모든 블랙홀 쌍성 병합 사건을 대상으로 중력렌즈 효과(gravitational lensing)로 인한 중력파 신호 왜곡 여부를 조사한 연구이다. 연구팀은 중력렌즈로 인해 동일한 사건에서 발생하는 반복된 신호를 찾기 위해, 후보 사건 쌍의 내재적 매개변수 및 하늘 위치의 유사성을 분석하고, 스펙트로그램(spectrogram)의 유사성을 머신러닝 방법으로 비교했다. 또한, 두 신호 간의 베이지안(Bayesian) 분석을 수행하여 선택 효과(selection effect)와 천체물리학적 정보를 고려하였다. 추가적으로, 중력렌즈로 인해 발생할 수 있는 주파수 독립적 및 주파수 의존적 파형 왜곡을 조사했다. 연구 결과, 분석된 모든 후보 사건에서 중력렌즈 효과의 유의미한 증거는 발견되지 않았다. 이번 연구의 결과를 기반으로 중력렌즈 효과가 나타날 가능성에 대한 상한값을 설정했으며, 중력렌즈 현상이 우주의 블랙홀 병합률 및 암흑물질 중 소형(compact) 천체 비율에 미치는 영향도 논의하였다. 이 연구는 중력파 렌즈 현상 탐색 및 우주 구조와 기본 물리학 연구에 중요한 자료를 제공한다. [wonderplugin_pdf src="https://physics.unist.ac.kr/physics-arxiv/wp-content/uploads/2025/03/1234.pdf" width="100%" height="900px" style="border:0;"]

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 첨단연성물질 연구단(단장 스티브 그래닉) 박혁규 연구위원(UNIST 물리학과 교수)과 쯔비 틀러스티 그룹리더(UNIST 물리학과 교수) 연구진은 우리 눈에 보이는 거시세계에서 입자들이 쌍을 이루어 움직이는 것을 발견했다. 지금까지 이러한 현상은 양자역학이 적용되는 미시세계에서만 일어난다고 여겨졌다. 이 연구 결과는 미시세계에서 관측된 여러 가지 특이한 양자역학적 현상이 거시세계에서도 있을 수 있음을 암시한다. 물리학은 양자역학의 등장 이후 고전물리학와 양자물리학으로 구분되고 있다. 고전물리학이 눈에 보이는 물체들이 어떻게 움직이는지 등 거시세계를 다룬다면, 양자물리학은 물질을 이루는 최소 기본입자인 원자나 전자처럼 아주 작은 미시세계에서 일어나는 독특한 현상을 다룬다. 예를 들어, 고체나 액체와 같은 물질은 구성 입자 간의 거리가 가까워 상호작용이 강한데, 양자역학이 적용되는 조건에서는 구성 입자들이 뭉쳐지는 독특한 집단현상이 일어난다. 이를 준입자(quasiparticle)라 한다. 이로써 상호작용이 강한 입자들로 이루어진 집단을 상호작용 없이 행동하는 준입자들로 간단하게 기술할 수 있게 된다. 준입자에는 쿠퍼쌍(전자 2개가 쌍을 이루는 현상), 엑시톤(전자와 정공의 결합체), 포논 등이 있다. 이러한 집단현상은 양자역학이 적용되는 조건에서 특이한 성질을 보이는데, 낮은 온도에서 전기저항이 완전히 사라지는 초전도체, 액체의 점성이 사라지는 초유체, 그래핀의 성질 등이 대표적이다. 과학자들은 거시세계에서는 전자와 같은 구성 입자들이 끊임없이 충돌하기 때문에 준입자가 존재할 수 없다고 생각했다. 그래서 지금까지 준입자는 양자물리학에서만 관측되거나 이용되는 개념이었다. 연구그림1. 준입자와 컴퓨터 시뮬레이션으로 본 결정 그러나 IBS 연구진은 우리 눈에 보이는 물질에서 입자들이 짝을 지어 움직이는 놀라운 현상을 실험과 이론을 통해 발견했다. 연구진은 아주 얇은 두께의 미세유체 채널(2개의 얇은 판 사이로 액체가 흐르는 것)에서 콜로이드 입자들로 이루어진 입자계에 주목했다. 그리고 채널의 두께가 입자의 크기와 비슷한 2차원 입자계에서 액체보다 천천히 움직이는 입자가 가까이 위치한 다른 입자에 영향을 미쳐 입자들이 짝을 짓는 것을 발견했다. 마치 우리가 물속에서 눈을 감고 있어도 가까운 거리에서 지나가는 사람이 일으키는 액체의 흐름을 느낄 수 있는 것과 같이 한 입자가 다른 입자의 움직임에 의한 유체역학적 힘을 받기 때문이다. 연구그림2. 준입자와 컴퓨터 시뮬레이션으로 본 결정 교신저자 박혁규 연구위원은 입자들이 짝을 짓는 이유가 “유체역학적 상호작용에 의한 두 입자 간의 힘이 뉴턴 제3법칙(작용 반작용의 법칙: 상호작용하는 두 힘은 크기가 같고 방향이 반대)을 깨기 때문”이라며, “두 입자가 받는 유체역학적 힘의 크기와 방향이 같아 쌍을 지어 한 입자처럼 움직인다”고 설명했다. 연구진은 입자가 쌍을 이루어 움직이는 현상뿐만 아니라 유체역학적 포논도 존재하는 것을 실험을 통해 확인했다. 고체를 구성하는 원자들이 열에 의해서 흔들릴 때 ‘포논’이라는 양자화된 준입자가 열에너지를 결정 전체에 전파한다. 이와 비슷하게 유체역학적 힘은 거시 입자들이 규칙적으로 배열된 결정에서 입자들을 진동하게 해서 유체역학적 포논을 발생시킨다. 유체역학적 힘으로 생성된 포논을 분석한 결과, 그래핀에서만 볼 수 있는 특정한 에너지띠 구조가 나타나는 것도 발견했다. 연구그림3. 유체역학적 포논 준입자 나아가, 연구진은 우리 눈에 보이는 입자 결정에서 양자물질에서만 관측되던 플랫밴드도 발견했다. 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양의 2차원 결정구조를 가지는 그래핀 두 장을 특정 각도로 겹칠 때, 플랫밴드에 의해 저항이 없는 초전도 현상이 발생한다. IBS 연구진은 육안으로 보이는 입자 결정구조를 육각형으로 만들었을 때 준입자와 플랫밴드 현상이 나타나는 것을 확인했다. 이는 준입자, 플랫밴드와 같은 양자물질의 중요한 현상이 거시세계를 이해하는 데 도움을 준 첫 번째 사례이다. 박혁규 연구위원은 “이 연구 결과는 양자역학으로만 설명되는 여러 가지 현상이 고체뿐만 아니라 생명 물질에서도 일어날 수 있음을 암시한다. 우리 눈에 보이는 다른 물질에서도 준입자들을 발견하고 이를 이용한 새로운 과학기술이 일어나기를 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 세계적인 권위지인 네이처 피직스(Nature Physics IF 19.684) 誌에 1월 27일 온라인 게재됐다. (이 보도자료는 IBS첨단연성물질 연구단에서 제공하였습니다.)

(가) 2차원소재 가장자리를 따라 정렬되는 블록공중합체 나노패터닝 기술의 개념도, (나) 그래핀 위에서 자발적으로 정렬된 블록공중합체 나노패턴, (다) 블록공중합체 패터닝으로 제작한 그래핀 나노리본 반도체 및 (라) 우수한 반도체소자 특성, (마) 본 연구의 주저자 공과대학 유기재료공학과 진형민 교수가 KAIST 김상욱 교수팀과 UNIST 김재업 교수팀과 공동연구를 통해 블록공중합체 나노패터닝을 통해 손쉽게 그래핀 등의 2차원 신소재를 나노패턴화 할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 공동연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Materials’ (IF: 32.086)에 표지논문(Front Cover)으로 2023년 1월 19일자로 게재됐으며, 진형민 교수는 KAIST 김상욱 교수, UNIST 김재업 교수와 함께 이번 논문의 교신저자로, KAIST 김장환 박사가 1저자로 참여했다. (논문 제목: Atomically Flat, 2D Edge Directed Self-Assembly of Block Copolymers) ‘꿈의 신소재”라 불리는 그래핀을 포함한 MoS2, h-BN 등 의 2차원 소재는 종래 벌크 소재의 한계를 뛰어넘는 우수한 전기적, 반도체적, 기계적 물성 등으로 인해 반도체소자, 센서, 촉매 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 하지만 다양한 응용분야 각각에 적합한 물성들을 얻기 위해서는 이러한 2차원소재들의 물리적, 화학적 물성을 적절하게 조절하는 것이 매우 중요하며, 나노크기 수준에서의 2차원소재의 모양을 제어하여 물성을 제어하는 방법(Nano-shape engineering)이 유망한 방안으로 모색되고 있다. 대표적인 예로 그래핀의 경우 평면에 넓게 펼쳐진 시트형태에서는 전기가 매우 잘 통하는 반금속(semi-metal) 특성을 보이지만, 수 나노미터의 폭을 갖는 리본형태로 모양을 제어하면 고성능 반도체 특성을 구현할 수 있다. 이에 연구팀은 차세대 반도체패터닝 기술인 블록공중합체 나노패터닝 기술을 2차원소재의 모양제어 전략으로 도입하였다. 블록공중합체 나노패터닝 기술은 고분자의 자기조립 현상을 이용해 값비싼 반도체 노광장비 없이 10나노미터 이하의 나노패턴 형성이 가능한 차세대 반도체패터닝 기술이다. 하지만 블록공중합체 나노패턴의 경우 일반적으로 패턴 형성 시 지문형태와 같은 무작위한 패턴이 형성되는 것이 문제로, 응용에 적합하도록 패턴을 정렬시키기 위해서는 이를 위한 추가적인 공정이 필요하다는 점이 공정효율을 낮춰왔다. 연구팀은 8나노미터 급 블록공중합체 나노패턴이 정렬을 위한 추가적인 공정 없이, 그래핀, MoS2, h-BN 등의 이차원소재의 가장자리를 따라 정렬될 수 있음을 발견하였다. 더 나아가 자발적으로 정렬된 블록공중합체 나노패턴을 하부 그래핀에 패턴 전사하여 선폭 8나노미터 급 고품위 그래핀 나노리본을 손쉽게 제작하였으며, 이를 이용해 반도체소자(전계효과트랜지스터, FET)를 제작하여 우수한 스위칭 특성(최대 on-to-off ratio ~6 x 104)을 확인하였다. 진형민 교수는 “이는 가장 손쉽고 값싸게 2차원소재의 형태를 제어할 수 있는 방법중 하나”라며, “그래핀 뿐만 아니라 MoS2, h-BN 등 다양한 2차원소재의 형태를 제어할 수 있는 범용성을 가져 반도체소자 뿐 아니라 스마트센서, 촉매 등 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있을 것”이라고 전망했다. □ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.202207338

연구 개요 (Research Overview) 본 연구는 LIGO와 Virgo 중력파 관측소의 세 번째 관측 주기(O3) 데이터를 기반으로 마그네타(magnetar)의 짧은 폭발 현상과 연관된 중력파 신호를 탐색한 연구이다. 연구팀은 Advanced LIGO, Advanced Virgo, 그리고 KAGRA 중력파 검출기의 데이터를 이용하여 13개의 짧은 마그네타 폭발과 추가로 3개의 전자기적 폭발 사건을 대상으로 밀리초(ms)에서 초(s), 더 나아가 약 100초 가량 지속되는 중력파 신호를 분석했다. 분석 결과, 중력파 신호가 명확하게 탐지된 사례는 발견되지 않았다. 연구팀은 탐지된 신호가 없음을 토대로 중력파의 진폭(strain)과 에너지 상한을 설정하였다. 이 연구는 마그네타 폭발에서 발생 가능한 중력파 에너지의 상한값을 제시하며, 향후 중력파 관측 및 마그네타 내부 구조 연구에 중요한 기초 자료를 제공한다. [wonderplugin_pdf src="https://physics.unist.ac.kr/physics-arxiv/wp-content/uploads/2025/03/d3sm01283b-12.pdf" width="100%" height="900px" style="border:0;"]

사진=물리학과 성중현 연구원(왼쪽), 공수현 교수(오른쪽). 출처=고려대학교 고려대학교 이과대학 물리학과 공수현 교수팀과 경희대 김영덕 교수, 울산과학기술원(UNIST) 김제형 교수 공동연구팀이 상온에서 동작하는 머리카락 굵기의 만분의 1 수준의 두께를 갖는 2차원 반도체(전이금속칼코겐화합물) 기반 간접형 반도체 레이저를 개발했다. 이번 연구결과는 광학 분야의 권위 학술지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics, IF= 38.771)에 10월 13일자 온라인 게재됐다. 기존의 레이저의 발광과 발진은 빛과 상호작용을 잘하는 직접형 반도체 물질에서만 관측됐다. 간접형 반도체의 경우 빛과의 상호작용 효율이 직접형 반도체에 비해 약 1/100배 약해 광학소자로는 쓰이기 어려운 소재로 알려져 있다. 따라서 간접형 반도체를 이용해 레이저를 만드는 일은 거의 불가능하다고 여겨져 왔다. 2차원 반도체는 그래핀으로 잘 알려진 이차원 물질의 일종으로 원자단위의 두께를 갖는 층 구조로 이루어져 있다. 공수현 교수 연구팀은 2차원 반도체가 높은 굴절률을 가진다는 특성에 주목해 기존 레이저 두께보다 약 1/5 배 얇은 디스크 형태의 소자를 제작했다. 이 2차원 반도체 초박막 디스크 구조는 레이징 현상을 관측하기 위한 광공진기 구조와 광이득 물질이 동시에 존재하는 구조이며, 레이징 현상에 적합한 전자 에너지 레벨을 가지고 있다. 따라서 간접형 반도체임에도 불구하고 레이징 현상을 최초로 관찰할 수 있었다. 제작된 레이저는 수십 나노미터의 초박막 형태이기 때문에 탈부착이 용이해 광센서, 광증폭기, 광집적회로 등 레이저가 필요한 어떤 곳에도 부착해 사용이 가능하다는 장점이 있다. 공수현 교수는 “이번 연구 결과는 기존 학계에서 예측했지 못했던 간접형 반도체 레이징 현상을 처음으로 실험적으로 관측한 결과여서 학문적으로 의미가 크며, 2차원 간접형 반도체 응용방향에 새로운 가능성을 열어주는 연구”라고 의의를 밝혔다. 출처 : 학술신문(https://www.academicnews.co.kr)