국내 연구진, 2차원 신물질 이용 광대역 극초단 레이저 기술 개발

전영민 KIST 센서시스템연구센터장 [사진=KIST]
 

국내 연구진이 2차원 나노물질인 '맥신(MXene)' 소재를 이용해 극초단 레이저 펄스를 발생, 첨단 응용분야에 사용될 수 있는 기술을 개발했다.

9일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 전영민 센서시스템연구센터 박사팀은 미국 드렉셀(Drexel) 대학교 및 서울시립대 연구진과 공동연구를 통해 넓은 대역과 펨토초(femto second)대의 극초단 레이저 펄스를 발생시킬 수 있는 기술을 개발했다.

1000조 분의 1초의 짧은 펄스 폭을 지니는 펨토초 레이저는 펄스폭이 매우 짧고 순간적으로 강한 에너지를 전달한다. 이에 초정밀 물질가공, 초정밀 안과수술, 테라헤르츠빔 발생, 초고속 광통신 등 다양한 첨단 응용 분야에 활용될 수 있다.

맥신 2차원 물질은 티타늄과 같은 중금속 원자와 탄소 원자의 이중 원소로 이뤄진 얇은 판 모양의 나노 물질이다. 초고속 포화흡수체로 작용해 빛을 매우 빠른 속도로 스위칭할 수 있어 펨토초대의 짧은 펄스를 만들 수 있다.

또한 기존 2차원 물질과 달리 에너지 갭이 없는 금속성 2차원 물질이라는 점에서 근적외선 및 중적외선 영역을 포함하는 매우 넓은 파장 영역대의 레이저 빛을 발생시킬 수 있다. 맥신 2차원 물질은 표면에 다량의 친수기(물과 친화성이 강한 원자단)를 가지고 있어 고분자와 혼합이 용이하다.

전영민 KIST 센서시스템연구센터장은 “최근에 개발된 맥신 2차원 물질은 레이저 광학분야로의 적용은 전무한 실정이었다”며 “이번 연구를 통해 맥신의 뛰어난 광학 응용 잠재성을 확인했으며, 후속 연구를 통해 새로운 차세대 광학소자의 개발 연구를 이어나갈 계획”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 KIST 기관고유사업과 글로벌 프론티어사업으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야의 권위있는 국제학술지인 ‘Advanced Materials’ 25일자 표지 논문으로 선정, 게재됐다.