‘이달의 과학기술인상’에 송석호 한양대 교수...신개념 광소자 연구

2019.09.04 12:00
송석호 한양대 물리학과 교수. 과기정통부 제공.
송석호 한양대 물리학과 교수. 과기정통부 제공.

송석호 한양대 물리학과 교수가 ‘이달의 과학기술인상’ 9월 수상자에 선정됐다. ‘열린-양자역학계에서의 비대칭적 에너지 흐름’을 독창적으로 연구해 신개념 광소자를 개발한 공로가 높은 평가를 받았다. 

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 9월 수상자로 송석호 한양대 물리학과 교수를 선정했다고 4일 밝혔다. 이달의 과학기술인상은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 시상이다. 

 

송 교수는 운동상태의 총에너지가 일정하게 보존되지 않고 시간에 따라 변하는 경우까지 다루는 학문 분야인 열린-양자역학계에서의 에너지 흐름을 연구했다. 기존 나노광학이 해결하지 못한 에너지 손실 문제와 처리 속도를 개선하는 데 기여했다. 

 

나노광학 기술은 빛을 나노 단위로 전송하는 고집적 광학회로 구성이 가능한 메타물질 연구를 중심으로 발전했다. 메타물질이란 자연계에 없는 물질의 특성을 만드는 인위적이고 반복적인 패턴 구조를 말한다. 

 

많은 연구자들이 에너지 손실 문제를 해결하기 위해 에너지를 증폭하는 물질을 첨가하는 방법을 사용했다. 하지만 이들 물질이 나노 크기로 결합된 미세구조는 기존 나노광학 방식으로 설계하고 구현하는 데 어려움이 있었다. 

 

송석호 교수는 열린-양자역학 시스템의 ‘비-허미시안(non-Hermitian)’ 특성이 갖는 비대칭적 에너지 흐름 원리를 나노광학 기술에 도입했다. 비-허미시안은 총 에너지가 시간에 따라 변화하는 특성을 나타내는 함수 값이다. 이를 통해 수학적 대칭성과 특이성을 광소자 기술에 적용, 에너지 손실 문제를 극복했다. 

 

송 교수 연구팀은 또 광통신에서 광신호를 전달하도록 설계된 광섬유에 빛을 전송하면 양방향으로 빛에너지가 전달되는 공간적, 시간적 대칭성을 갖지만 열린-양자역학 이론을 적용하면 에너지 손실이 발생하는 경우 대칭성이 붕괴되고 단방향으로 에너지 전달이 가능해지는 원리를 규명했다. 이를 통해 새로운 개념의 광다이오드를 실리콘 웨이퍼 상에 집적화된 소자 형태로 구현하는 데 성공했다. 연구성과는 국제학술지 ‘네이처’에 2018년 10월 게재됐다. 

 

송석호 교수는 “기존 나노광학의 한계를 극복한 신개념 광소자는 앞으로 차세대 이동통신과 양자컴퓨터 개발 등에 활용이 가능할 것으로 본다”며 “앞으로도 독창성 있는 연구를 통해 기존 난제를 해결하며 새로운 영역을 개척해 나갈 것”이라고 수상 소감을 밝혔다.

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