아주대 염동일 교수, 세계 최초 전기적 제어 가능 그래핀-광섬유 소자 개발

정밀 레이저 가공이나 레이저무기 등에 쓰이는 광섬유 레이저에 직접 응용이 가능

염동일 교수 [사진=아주대학교 제공]

아주경제 김문기 기자 =아주대학교는 28일 세계 최초로 전기적 조절이 가능한 그래핀-광섬유 소자를 염동일 교수(에너지시스템학과, 물리학과) 연구팀이 개발해냈다고 밝혔다.

 이번에 개발된 소자는 외부 전기 신호로서 광섬유를 따라 진행하는 빛의 흡수율을 조절할 수 있다. 그래핀은 탄소원자가 벌집 모양으로 결합된 단일 원자층으로 높은 전도성과 투명성 그리고 유연성까지 갖추고 있어, 반도체 디스플레이 태양전지 등 차세대 전기소자 광전소자 그리고 광학소자를 만들 수 있는 ‘꿈의 신소재’로 주목받고 있다.

 하지만, 단일층 그래핀의 경우 빛 흡수율이 2.3%정도 밖에 되지 않아 고효율의 광반응 성능을 가진 광소자 및 광전소자를 만드는데 어려움이 있었다.

 염동일 교수 연구팀은 기술적 한계로 결합이 어렵던 그래핀 전계효과트랜지스터와 광섬유를 결합해 그래핀-광섬유 광전소자를 개발했다. 또한 이 광전소자를 통해 전기적으로 제어 가능한 극초단 광섬유 레이저를 만드는데도 성공했다.

 전계효과트랜지스터는 반도체 내의 전기전도과정에 한 극성의 전자만 관여하는 반도체소자 또는 단극성 트랜지스터라고 한다.
연구팀이 개발한 광전소자는 빛이 광섬유를 따라 진행하면서 발생하는 감쇄파(에바네센트파)와 그래핀이 상호작용하면서 빛의 흡수율을 최대 90%까지 조절할 수 있는 성능을 가진 고효율의 소자다.
 

그래핀-광섬유 소자 모습

 염동일 교수는 “이번에 개발한 그래핀-광섬유 광전소자는 최근 산업용 정밀 레이저 가공이나 레이저무기 등을 구현하는데 쓰이는 광섬유 레이저에 직접 응용이 가능하다."며 "향후 고효율의 그래핀 기반의 광전자소자나 광학소자를 구현하는 데에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 “전기적 신호로 능동 조절 가능한 전광섬유 그래핀 소자”의 제목으로 세계적 수준의 과학저널인 네이쳐 커뮤니케이션스 2015년 4월호에 게재됐다.

 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업 등의 지원으로 수행됐으며, 이은정(석사졸업) 최선영(박사후 과정) 및 정환성(석박통합과정) 등이 제 1저자로 참여했고 이상민(공동교신) 박지용 안영환 안광준 교수 등과 협동연구를 했다.