5월 과학기술인상, 서울대 전헌수 교수 선정

- 무질서한 광모드 속성 밝혀 차세대 레이저 제어 기술 개발

과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 2020년 5월 수상자로 서울대학교 물리천문학부 전헌수 교수를 선정했다고 지난달 6일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 전헌수 교수가 무질서한 광모드의 속성을 규명하고, 차세대 레이저로 주목받는 무작위 레이저1) 제어 기술을 개발해 나노광학의 지평을 넓힌 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.
  1960년 5월 16일 미국의 물리학자 시어도어 메이먼은 빛을 제어해 세계 최초의 레이저를 선보였다. 유네스코는 이날을 정보통신, 에너지 등 첨단과학기술을 이끈 광학과 광기술의 중요성을 알리기 위해 ‘세계 빛의 날’로 제정했다.
  전헌수 교수는 미세 공간에서 빛의 흐름을 제어하는 광자결정 구조 연구로 광자학의 도약과 산업적 응용가능성을 이끌었으며, 관련 성과는  2019년 7월 네이처포토닉스(Nature Photonics) 표지 논문으로 선정되었다. 전헌수 교수는 일정 수준 이상의 무질서도에서 결정구조가 파괴되는 점에 주목하고 무질서 정도에 관계없이 항상 결정구조가 유지되는 광자결정 합금 시스템을 개발해 문제해결의 돌파구를 찾았다.
  연구팀은 직접 설계‧제작한 무질서한 광자결정 플랫폼을 이용한 실험을 통해 무질서한 광자학 시스템에서 앤더슨 국지화 현상2)이 일어날 수 있으며, 그 본질은 광띠꼬리(Photonic band-tail) 모드임을 체계적으로 규명했다. 또한, 무작위 레이저 소자의 무질서 정도와 양상을 조절해 다중모드 레이저 발진을 단일모드 발진으로 전환하는 등 무작위 레이저의 제원도 인위적으로 조절 가능함을 증명했다. 이는 전기장‧열‧압력 같은 외부요인 없이 구조적 특성만을 소자 설계에 반영해 얻은 최초의 성과이다.
  전헌수 교수는 “이번 성과는 무질서한 광학적 매질에 대한 기초연구에서 광소자 개발의 응용 가능성까지 전주기적으로 탐구한 결과”라며 “무질서한 광자구조에 대한 물리학적 이해의 깊이를 더해 지금까지 불가능했던 비범한 광소자의 출현을 기대한다”고 수상소감을 밝혔다.

[주요 연구 성과 설명]

<무질서한 광모드 속성 밝혀 무작위 레이저 제어 기술 개발>

[그림1] 무질서한 광자결정 안에 발현되는 앤더슨 국지화 모드
광자결정의 주기성을 유지하면서도 무질서도를 자유롭게 조절할 수 있는 조성적으로 무질서한 2차원 광자결정 구조를 설계하여 구현하였다. 해당 구조에는 다양한 에너지의 국지화된 광모드가 여러 공간적 위치에 존재하며, 아울러 국지화 정도는 광모드의 에너지 및 무질서도와 직접적인 상관관계가 있음을 증명하였다. 무질서한 광자결정에 대한 이러한 광자학적인 고찰은 무작위 레이저 개발에 시사하는 바가 크다. 

[그림2]무작위 레이저의 자유로운 제원 조절 
조성적으로 무질서한 광자결정 플랫폼을 이용하여 그동안 무작위 레이저 개발의 당면과제였던 다양한 제원 조절이 가능함을 시연하였다. 먼저 레이저 발진의 공간적 위치와 발진 모드의 수를 제어함으로써 원하는 위치에 단일 모드로 발진토록 만든 후, 해당 단일 모드 레이저의 발진 파장과 모드의 크기를 정밀하게 제어하였다.

[수상자 전헌수 교수 인터뷰]

5월 16일은 빛을 기반으로 하는 광학과 광기술이 인류에게 얼마나 중요한지 알리기 위해 유네스코가 제정한 ‘세계 빛의 날’이다. 서울대학교 전헌수 교수는 광자결정구조를 현대 조명 및 디스플레이 산업 분야에 필수요소인 형광체 연구에 도입하여 광자학 및 관련 광소자의 수준을 한 단계 도약시킨 물리학자이다. 그는 과학자로서의 건전한 상식과 올바른 정도를 강조하며 오랜 시간 광자결정이라는 광자학적 플랫폼 기반 연구에 매진해왔다. 새로운 빛의 성질을 찾아 학문적 지식의 지평을 넓히는 연구자 본연의 역할 외에도 이를 통한 현실에의 기여 역시 중요한 학자적 의무임을 강조하는 실천가이기도 하다. 10-100 나노미터 수준에서 빛의 성질을 제어할 수 있는 가능성을 제시한 나노광자학을 나침반 삼아 미래 사회의 기반기술이 될 광집적회로로 향한 길을 안내해주는 전헌수 교수 연구 이야기를 들어본다. 

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2020년 6월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>