《기초과학은 과학기술강국을 떠받드는 주추입니다. 기초과학이 든든해야 나라의 과학기술이 공고한 토대우에서 끊임없이 발전할수 있습니다. 수학, 물리학, 화학, 생물학과 같은 기초과학부문에서 과학기술발전의 원리적, 방법론적기초를 다져나가면서 세계적인 연구성과들을 내놓아야 합니다.》
나노령역에서 빛을 조종하는 문제는 새 세대 정보기술, 새 재료기술, 새 에네르기기술의 발전에서 중요한 자리를 차지한다.
실례로 정보기술분야에서 전자의 조종에 기초한 기술의 한계점을 극복하고 보다 집적화된 초고속처리장치들을 개발하는 문제를 비롯하여 에네르기분야에서 태양전지의 효률을 높이는 문제도 나노령역에서 빛을 조종하는 방법으로 해결할수 있다.
하지만 빛은 파동성을 나타내는것으로 하여 전통적인 광학적방법으로는 파장보다 작은 공간에 집초시키는것이 불가능하다.
최근에 나노플라즈몬학이 발전하면서 금속-유전체경계에서 발생하는 표면플라즈몬과 그것이 려기되여 전파하는 표면플라즈몬폴라리톤을 리용여 빛을 파장보다 작은 령역에 국부화시키고 조종하는것이 가능하게 되였다. 이때 빛이 나노크기의 좁은 공간에 집중되는것으로 하여 국부적인 에네르기밀도가 대단히 커지게 되며 그로 하여 SPP에 의한 여러가지 비선형광학적효과들이 나타나게 된다. 이러한 효과들은 기초리론적으로 이전에는 볼수 없었던 새로운 현상들이며 그로 하여 세계적인 규모에서 이에 대한 연구사업이 활발히 벌어지고있다.
플라즈몬공진기들은 나노광학적인 장치제작과 새 세대 집적소자개발에서 중요한 역할을 하는 원리적인 요소인것으로 하여 려파, 파장분할과 효률적인 변조기들의 제작에 널리 리용된다. 플라즈몬공진기들에서 국부표면플라즈몬방식을 리용하여 전자기마당을 강화하기 위한 연구사업도 많이 진행되고있다.
한편 자기마당과 플라즈몬을 결합시킨 자기플라즈몬학은 새로운 첨단분야로서 그 응용범위가 대단히 넓다. 여기서는 자기마당에 의한 플라즈몬변조를 실현하기 위한 한가지 효과적인 방법으로서 플라즈몬구조에 자기적인 매질을 포함시킨다. 이때 자기마당에 의하여 일어나는 자기광학적효과는 전기광학적효과나 열광학적효과에 비해 절환시간이 훨씬 짧다. 그러나 초고속으로 동작하는 자기플라즈몬변조기들의 성능은 보임빛 및 근적외선대역에서 자기마당에 의해 생기는 SPP의 전파상수의 변화가 매우 작은것으로 하여 변조효과가 작은 결함도 가지고있다.
이로부터 자기마당에 의한 SPP의 변조효과를 충분히 크게 하기 위한 여러가지 효과적인 방안들이 제기되고 그에 대한 연구사업이 활발히 벌어졌다. 강자성유전체를 포함하는 복합구조를 리용한 보다 효률높은 자기플라즈몬간섭계도 성공적으로 개발되였으며 이때 도파관의 길이를 20 정도로 보장하면서 2%의 변조효과를 얻을수 있다. 이 경우에 유전률이 보다 큰 유전체를 쓰면 변조효과를 12%까지 높일수 있다.
한편 평면재료인 그라펜을 적외선대역에서의 플라즈몬변조에 널리 리용할수 있다는것이 최근에 증명되였다. 그라펜은 최근시기에 새롭게 출현한 물질로서 THz~중간적외선대역에서 플라즈몬재료로 리용가능하고 이외에도 정보, 통신, 의료과학, 화학 및 생물수감, 스펙트르분석분야에서도 널리 쓰이는것을 비롯하여 응용분야가 대단히 넓다.
이러한 선행연구의 제한성과 현재까지 이룩된 연구성과들에 토대하여 우리는 자기마당을 리용한 나노령역에서의 빛의 고대조변조와 한방향전파에 대한 연구를 진행하였다.
연구결과 나노공진기의 한방향전파모드와 나노도파관사이의 결합특성을 해명한데 기초하여 자기광학적원형공진기를 리용하여 나노령역에서 플라즈몬의 고대조변조를 효과적으로 실현하기 위한 새로운 방법을 제안하였다.
자기마당에 의한 플라즈몬변조가 전기마당이나 열을 리용한 방법보다 절환속도가 빠른 우점을 가지고있는것으로 하여 이에 대한 연구사업들이 광범히 벌어지고있다.
나노공진기에 형성되는 한방향전파모드와 나노도파관을 통하여 전파하는 SPP모드사이의 결합특성을 해명함으로써 도파관에서의 SPP의 반사 및 투과특성을 이끌어내였다. 그에 기초하여 자기광학적원형공진기를 제안하고 그를 리용하여 자기마당을 가지고 충분히 큰 SPP의 변조효과를 얻었다.
결과적으로 나노도파관을 통하여 전파하는 SPP의 투과도값의 대조도를 99%까지 높일수 있게 되였다.
다음으로 우리는 외부자기마당이 작용하는 경우에 그라펜을 씌운 반도체와 유전체경계에서 전파하는 표면플라즈몬폴라리톤의 분산관계를 이끌어내고 그에 기초하여 전파특성을 해명하였다.
또한 그라펜을 리용하여 나노령역에서의 플라즈몬의 한방향전파와 그것을 광대역에서 조종하기 위한 새로운 방법으로서 그라펜도파관고리형공진기를 제안하였다.
그라펜이 나타내는 여러가지 특이한 성질들가운데서 중요한 성질의 하나가 바로 편의전압을 가지고 전기전도도를 변화시킬수 있다는것이다. 론문에서는 그라펜의 이러한 성질을 리용하여 그라펜을 감은 공진기와 도파관으로 이루어진 그라펜도파관고리형공진기를 제안하고 이를 리용하여 넓은 주파수범위내에서 플라즈몬의 한방향전파를 실현하였다.
우리는 이와 같이 나노령역에서 플라즈몬의 변조를 실현하기 위한 여러가지 연구결과들과 리론에 기초하여 나노공진기와 자기마당에 의해 플라즈몬의 변조를 실현하기 위한 새로운 방법으로서 자기광학적원형공진기를 리용한 고대조를 가지는 자기광학적플라즈몬절환요소와 넓은 주파수대역내에서 플라즈몬의 한방향전파를 실현할수 있는 그라펜고리형공진기를 제안하였다.
이 결과들은 나노플라즈몬공명에서 일어나는 여러가지 비선형광학적현상들을 해명하는데 중요하게 리용되며 나아가서 다음세대의 혁신적인 나노장치들과 빛정보처리소자들을 개발하는데서 원리적이며 방법론적인 기초를 준다.
우리의 연구결과들은 세계적으로 권위있는 국제학술잡지인 "Physical Review B (Rapid Communication)"에 "All-optical magnetization switching by counterpropagataion or two-frequency pulses using the plasmon-induced inverse Faraday effect in magnetoplasmonic structures"의 제목으로 발표된것을 비롯하여 4건의 SCI급 국제학술잡지들에 발표되였다.
