‘이달의 과학기술자상’ 2006년 1월 수상자로 선정된 우정원 이화여자대학교 물리학과 교수는 차세대 주력산업으로 꼽히는 광(光)정보산업의 핵심 기술인 광소자 개발 및 연구 등에 기여한 공로가 인정됐다.
우 교수는 자기조립법으로 3차원 광자결정을 제조하는 한편 액정으로 밴드갭 등을 조정, 액정과 광자결정을 이용한 광소자 개념을 세계 최초로 확립했다.
아울러 그는 모든 연구를 국내 실험실에서 진행했다.
우정원 교수와 이화여대 물리학과 연구팀은 국내 광소자 기술 개발 연구 분야에 있어 선두를 달리고 있다.
전자를 이용한 정보의 전달ㆍ저장ㆍ처리는 점점 한계에 부딪히고 있다. 우선 정보량이 폭증하고 있다.
또 전자를 이용한 정보 전달은 주파수 혹은 태양의 흑점 등에 의해 통신장애를 겪기도 하는 등 단점이 적지 않다.
이렇다 보니 미래는 전자 대신 빛을 활용한 정보의 전달ㆍ저장ㆍ처리 시대를 예고하고 있다.
정보를 빛으로 바꿔 전달한다고 해보자. 빠른 속도로 정보의 전달이 가능 하게 되는 등 장점이 많다. 이에 따라 미래 정보산업에 있어 빛의 중요성은 이루 말할 수 없다.
정보를 빛으로 바꾸기 위해선 광소자(photoelectric element)가 필수다. 광소자란 빛을 에너지 또는 송신 수단으로 이용할 때 중요한 작용을 물질을 칭한다.
병술년 첫번째 ‘이달의 과학기술자상’ 수상의 영예를 안은 우정원 이화여대 물리학과 교수(자연과학대 학장)의 연구는 액정과 광자의 성질을 결합한 광소자 개념을 세계 최초로 정립하는 등 빛을 활용한 미래 정보산업의 가능성을 열었다는 평가를 받고 있다.
다양한 구조의 광자결정 제조 길 열어
광소자를 만들기 위해서는 우선적으로 다양한 구조의 광자결정체를 만들어야 된다. 눈과 얼음의 성질이 다른 것은 결정구조에서 차이가 있기 때문이다.
즉 다종다양한 성질을 갖고 있는 광자결정 제조는 광소자 연구에서 있어 기초가 되는 분야다.
이번 연구에서 우 교수팀은 자기조리법을 활용, 3차원 광자결정을 만들었다. 자기조립법은 일명 ‘바텁 업(bottom-up)’으로 불린다. 이 방식은 입자를 하나씩 입히는 것. 원하는 모양ㆍ크기 등으로 결정을 만들 수 있다는 것이 장점이다.
광 밴드 갭 조절 가능성 제시
광자결정을 광소자로 활용하기 위해서는 ‘밴드 갭’ 조절이 필요하다. 광자 밴드 갭이란 어떤 빛은 투과 시키고, 다른 빛은 투과 시키지 못하는 차이를 말한다.
바꿔 말해 밴드 갭을 조절할 수 있으면 그만큼 광자 결정체 활용도를 높일 수 있게 된다.
우 교수팀은 금번 연구에서 실리카 나노 구의 크기 조절을 통해 광자결정 밴드 갭을 조절할 수 있는 가능성을 열었다. 전기적 조작을 통해 긴 파장과 짧은 파장의 빛 등을 선택적으로 투과 시킬 수 있는 가능성을 선 보인 것이다.
액정과 광자결정 이용한 광소자 개념 확립
우 교수팀은 또 액정(고체와 액체 사이의 물질)과 광자결정을 이용한 광소자 개념을 확립했다. 쉽게 설명하면 액정과 광자의 장점을 결합한 새로운 모델을 제시한 것이다.
액정과 광자의 장점을 결합한 새로운 광소자 개념은 이렇다. 보편화 된 칼라 액정은 세 가지 색의 필터(레드, 그린, 블루)에 의해 색갈이 나온다. 필터가 없으면 흑백 액정이 되는 셈이다.
하지만 액정과 광자결정을 이용한 광소자를 사용한다면 필터 없이 칼라 액정이 가능해 진다는 것을 의미한다.
광자결정의 선택적 빛 투과 조절을 통해 필터 없이 칼라 액정이 탄생하는 셈이다.
이종배 서울경제신문 기자 ljb@sed.co.kr
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