조신흠 계명대 화학공학전공 교수와 오크리지 국립 연구소가 공동 연구로 빛과 상호 작용할 수 있는 초소형 반도체 나노큐브 정밀 조각 기술을 구현했다. 이와 같은 연구성과는 Phys.org 과학 뉴스와 오크릿지 연구소 뉴스로 소개되며, 더 빠른 컴퓨터 칩과 민감도 높은 광학 소재를 향한 도약이라는 평가를 받고 있다.

조 교수는 전자 현미경 빔으로 원자규모 초미세 구멍을 내 빛의 전자기장 신호를 제어하고 전달하는 패턴 구조를 조립해 냈다. 반도체 나노입자 자가조립구조를 전자 빔으로 조각을 한 초미세 구조 속에는 플라즈몬이라고 하는 전자의 집합적 진동으로 극소 공간에 구속된 강력한 전자파를 발현시켰다. 강력한 전자기파를 구속하는 나노 구조는 사람 머리카락보다 100,000배 더 얇은 나노미터 또는 10억 분의 1미터의 초미세 규모다.

본 연구로 활용된 나노입자는 반도체 재료 기반으로 에너지 조정 가능성의 핵심으로 빛과 전자 두 물리 세계의 장점을 모두 사용할 수 있는 기술이다. 나노 크기 큐브 시스템은 특정 위치에서 빛을 극도로 구속하고, 에너지를 조정 튜닝을 할 수 있게 해 준다. 전자빔으로 나노미터만큼 작은 3차원 구조를 조각하기 위한 이전 작업을 기반으로 플라즈몬 효과와 구조가 조각될 수 있음을 증명하고 있다. 주석과 불소로 도핑된 산화인듐으로, 금속처럼 행동하는 투명 반도체 소재로 만들어진 나노 큐브를 사용해 플라즈몬 나노회로에서 빛의 흐름을 지시할 수 있는 구조를 궁극적으로 대량 생산하는 데 필요한 기초적인 이해를 도울 것으로 보인다.

조 교수는 “1nm 이하 구조는 난제로 남아있지만, 본 연구를 통해 대량 1nm 나노구조 틈(gap)을 실현하기 위해 나노입자 자가조립 기법을 활용. 초미세 공정을 확장하여 전자 빔 조각 기법으로 미세 광회로 등 원하는 구조를 디자인할 수 있는 기술을 고안하게 됐다”고 연구 취지를 설명했다