한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)는 응집상 양자 결맞음 센터(센터장 심흥선 교수)가 최형순 KAIST 교수, 장윤철 부산대학교 교수, 최형국 전북대학교 교수와 공동연구를 통해 2차원 전자의 파동성을 이용한 공진기를 개발하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.
KAIST는 빛을 이용한 광공진기가 현대 IT 산업에 필수적인 것과 같이, 양자 정보를 처리하는 차세대 반도체 소자를 설계하는 데에 활용될 수 있는 2차원 전자를 가두는 공진기를 세계 최초로 구현했다고 설명했다. 공진기란 한정된 공간 안에 파동을 가두는 장치로서, 빛이나 음파, 전자기파와 같은 파동을 제어하는 분야에서 필수적으로 활용된다.
이번 연구는 전자가 단순히 파동성을 띤다는 사실을 확인한 것에 그치지 않고 광공진기의 2차원 전자광학적 소자에 대응되는 전자공진기를 실제로 구현했다는 점에서 의미가 크다고 전했다.
지금까지 직진하는 1차원 전자를 가둬 공진기를 만든 사례는 있었지만, 2차원 평면상에서 반사나 회절, 간섭 등이 복합적으로 일어나는 전자를 가둬 공진기를 만든 처음이라고 밝혔다. 이번 연구를 통해 앞으로 더욱 다양한 형태로 전자를 제어할 수 있는 원천기술로도 활용될 수 있을 것으로 기대했다.
공동연구팀은 반도체 나노소자 공정을 통해 전자의 파동을 반사할 수 있는 곡면 거울을 제작하고 광공진기의 구조를 2차원 전자에 적용해 물질 파동도 빛과 동일한 방법으로 가두어 둘 수 있다는 사실을 밝혀낸 것이라고 설명했다.
두 개의 마주 보는 곡면거울로 이루어진 공진기 구조를 만들고 그 내부에 전자 파동을 주입하여 그 전도도를 측정함으로써 실제로 전자가 공명하는 특성이 관측, 양자역학적 특성을 갖는 물질 파동도 빛과 동일한 방법으로 가두어 둘 수 있다는 사실을 밝혀냈다고 전했다.
박동성 KAIST 물리학과 박사과정 학생과 정환철 부산대학교 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이 연구 결과는 지난 달 26일 네이처 자매지인 `네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.
최형순 교수는 “이 기술은 2차원 전자계의 전자광학 발전에 새로운 가능성을 제시하는 원천기술로써 향후 다양한 양자기술 분야에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터(SRC)를 중심으로 한국연구재단의 다양한 연구 사업(양자컴퓨팅 개발사업, 기본연구, 중견연구 지원사업 등)의 지원으로 이뤄졌다.
임대준 기자 ydj@aitimes.com
