APS March Meeting 鐵本 智大

이번 학회에서 관심을 가졌던 연구와 관련하여 몇 가지를 보고하고자 한다.

1. 진동하는 탄소 나노 튜브 연구용 마이크로 핀셋
Lipson이 연명된 발표. 탄소나노튜브를 기계적 공진기로 제작하여 디스크형 광공진기와의 optomechanical한 강한 결합을 확인했다고 한다. 마지막 저자이자 같은 cornell 대학의 Mceuen이 탄소계 재료 전문가인 것 같다. 탄소나노튜브와 그래핀에 관한 연구로 Nature 계열과 Science를 연달아 내고 있다. 탄소나노튜브 기계공진기의 장점으로 진동 모드가 매우 유연하다는 점을 꼽고 있으며, 외력에 민감하게 반응하기 때문에 센서로서의 응용을 기대할 수 있다고 한다. 또한, 기존에는 제작 방법이 어려웠으나, 이번에는 리소그래피에 의한 지그 부분의 제작과 CVD법에 의한 탄소나노튜브의 선택적 성장을 조합한 방법으로 쉽게 제작할 수 있다고 주장하였다. 발표에서는 탄소나노튜브의 기계적 공진기로서의 성능 평가와 광공진기와의 결합 확인에 대해서만 언급했지만, Lipson은 광역학에서도 선구적인 연구를 여러 차례 해왔기 때문에 탄소계 재료의 연구에 관여해 왔다는 점은 주목해 볼 만하다.

1.반도체 나노선 기반 플라즈모닉 및 포토닉 레이저: 저손실 및 높은 모드 튜너빌리티
싱가포르 난양공대 Sum Tze Chien 그룹의 발표. 나노와이어 공진기를 이용한 lasing에 대한 이야기. 전기적인 대역폭 조정으로는 어려운 발진 파장의 대폭적인 변조(모드 변경)를 새로운 방법의 제안으로 30nm를 넘는 범위에서 할 수 있도록 하여, 플라즈모닉 레이저에서는 처음으로 실온에서 자외선( 370nm )의 발진을 3.5 MW/cm2라는 낮은 임계값으로 달성했다.
그 새로운 방법이라는 것이 기본적으로 나노와이어의 길이를 바꾸는 것뿐인 것 같다. 나노와이어가 길어질수록 발진 파장은 red shift한다. 아무래도 전파 거리가 길어짐에 따라 여기자 폴라리톤의 전파 손실과 흡수가 증가하여, 레이저 발진 위치에 대응하는 Urbach tail의 길이가 변화하는 것 같다. 논문을 보면 그 외에도 3가지 정도의 효과가 관련되어 있는 것 같지만, 이해가 잘 되지 않아 설명은 생략한다. 다만, 모두 외부로부터의 변조가 아닌 self-absorption의 효과라고 한다. 또한, 자외선 발진에 관해서는 나노와이어의 두께를 얇게 하여 에너지 밀도를 높이는 것으로 발진을 가능하게 하고 있는 듯하다. 구조를 바꾸는 것만으로 발진 파장을 크게 조정할 수 있다는 점이 흥미로웠다.
여담이지만, 이 연구실은 Nature나 Science를 꽤 많이 내고 있는데, HP의 약력에 따르면 2008년경에 지금의 연구 그룹이 생겨서 2010년부터 논문을 내기 시작한 것 같다(그 전에는 펨토초 레이저의 분광학을 했었나?). ． 준비 2년 후인 2010년부터는 기세가 대단하다.

1.-초고속 양자점 광장 상호작용을 위한 하이브리드 금속-유전체 나노캐비티.
큐빅 (3C) 탄화규소 내 광 결정 공동
모두 Stanford의 vuckovic 그룹의 연구. 첫 번째 발표는 InAs 양자점이 포함된 유전체(InGaAs) 나노기둥을 금속(Ag)으로 덮은 구조로 강한 빛-물질 결합을 달성할 수 있었다는 내용이다. 공진기로서의 Q값은 Q ≈ 25로 낮지만 모드 부피가 V ≈ 0.04 (λ/n)3로 매우 작다. 또한, 커플링 계수는 g/2π ≈ 150-200GHz로 광결정과 양자점의 결합의 10배 정도의 값을 기대할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 광결정에서는 실험 시 냉각이 필요하지만, 이번 하이브리드 기둥이라면 상온에서 실험이 가능할지도 모른다는 점에도 언급했다.
두 번째는 SiC를 사용하여 포토닉 결정을 만들었다는 이야기인데, Q = 800으로 현재로서는 성능이 좋지 않지만, SiC는 재료의 비선형성이나 제작의 용이성 등 장점이 많다고 한다. 개인적으로는 SiC는 열에 강하다는 정도만 알고 있었고, 탄소를 포함하고 있기 때문에 제작이 어렵다는 편견을 가지고 있었는데, 다시 한 번 알아볼 필요성을 느꼈다. 이번 학회에서는 분야가 다른 발표가 많았기 때문에 W, Mo 등 잘 알려지지 않은 재료의 이름을 많이 들었는데, 한번쯤 반도체 관련 재료의 물성을 정리해보는 것도 좋을 것 같다.
두 발표를 통해 느낀 것은 새로운 구조와 재료에 대한 안테나를 단단히 세울 필요가 있다는 것이다. 연구력이 높은 연구실은 적극적으로 새로운 구조와 재료를 이용한 연구를 하고 있다는 인상을 받는다. 그것은 항상 현재의 연구에 대한 문제의식이 있기 때문이라고 생각한다. 유행을 쫓아가는 것만으로는 재미있는 연구를 할 수 없지만, 세상 사람들의 문제의식이 어디에 있는지는 잘 따라갈 수 있도록 하고 싶다.