PECS XII 鐵本 智大

Research

PECS XII 귀국 보고

철본 智大

일정: 2016년 7월 17일 - 7월 21일
장소: University of York, York, UK

1. 학회 개요

 7월 17일부터 21일까지 영국 요크대학교에서 개최된 PECS XII에 참가했다(Fig.1). 이 학회는 Photonic and Electromagnetic Crystal Structures라는 이름에서 알 수 있듯이 광결정 및 관련 분야에 관한 학회로 2년에 한 번씩 장소를 바꿔가며 개최된다. 다음번에는 M. Loncar 주최로 보스턴의 하버드대 인근에서 개최될 예정이다. 세계 각국의 일류 연구자들이 모여 매우 수준 높은 학회였다(광결정 연구자라면 누구나 다 참석할 수 있는 학회였다). https://www.york.ac.uk/physics/pecs-xii/technicalprogram/fullprogram/ . 또한 E. Yablonovitch, J. Pendry, F. Cappasso (skype 참여) 등 거물급 인사들의 참여도 있었다). 강연과 관련하여 유일하게 아쉬웠던 점은 Painter의 발표가 취소되었다는 점이다. 대신에 후원사인 Nat. Photonics의 관계자가 Ten years of Nat. Photonics라는 강연이 진행되었고, 첫 번째 슬라이드에서 타나베 선생님의 세계 최초의 106를 넘어선 광결정 공진기 논문이 소개되었다.

이번 학회에서 특징적이었던 것은 토론 세션이 마련되어 있었다는 점이다. 의제로 올라온 것은 다음과 같은 내용이다. "공진기에 빛이 입력될 때 왜 π/2 시프트가 일어나는가」「공진 파장이 길수록 high Q라는 데이터가 있는데 왜 그런가」「1D PhC와 2D PhC 중 어느 것이 좋은가」「가장 강력한 재료는 무엇인가」등등. 사회자 T. Krauss가 잘 이끌어주어 가끔씩 탈선하기도 했지만, 토론은 나름대로 열띤 분위기였다. 거기서 느낀 것은 대체로 어느 곳이나 비슷한 문제의식을 가지고 있다는 것이다. 앞서 언급한 의제들 중 일부는 다나베 연구실 내에서도 거론된 적이 있는 것들이다. 그런 공통의 문제 의식에 대해 다른 사람의 의견을 들을 수 있다는 것은 흥미로웠다. 좋은 시도라고 생각했다.

또한, 광결정 분야에서의 일본 연구그룹의 연구력이 높다는 것을 느낄 수 있었다. 일본 연구자가 거의 없는 WGM 공진기 분야와 대칭적으로 광결정 분야에는 초고Q 공진기 제작 기술을 중심으로 광결정 분야의 다양한 응용을 개척하고 있는 노다 연구소를 비롯하여, 슬로우 라이트 및 초민감 바이오센싱의 바바 연구소, 광신호 처리의 NTT 노토미 연구소, 양자 광학의 도쿄대학의 아라카와・이와모토 연구실 등 유력한 연구 그룹이 모여 있다. 한편, 다른 그룹들은 일본 그룹을 추종하고 경쟁하기보다는 플라즈몬이나 메타물질과 같은 다른 분야의 연구로 방향을 선회하고 있는 듯하다. 이는 응용의 싹이 잘 보이지 않는 광결정 분야에서 현명한 판단이라고 생각한다. 무엇보다 제작에 고도의 기술이 필요한 것에 비해 활용도가 높지 않다는 점에서 비용 대비 효율성이 떨어진다. 최근 들어 광결정 응용의 싹이 많이 트고 있다는 인상을 받았는데, 그렇지 않았다면 일본 그룹은 응용이라는 측면에서 뒤쳐졌을 가능성이 있다. 연구 분야에서의 고립이나 새로운 분야가 부상할 때 뒤처지지 않도록 지속적인 학회 참여와 연구 방향에 대한 검토가 중요함을 느꼈다. 또한, Keio University의 Tanabe Lab.은 업계 내에서 거의 알려지지 않았기 때문에, 임팩트 있는 연구를 발신해 나갈 필요성을 느꼈다.

Fig. 1 (a) 내가 머물렀던 요크대학교의 숙박시설. (b) 숙박시설 한 블록의 전경. 사진 안쪽으로 이동한 한 건물이 한 세트이고, 이것이 많이 있다(지도상으로는 A~K까지 있었다.).
Fig. 1 (a) 내가 머물렀던 요크대학교의 숙박시설. (b) 숙박시설 한 블록의 전경. 사진 안쪽으로 이동한 한 건물이 한 세트이고, 이것이 많이 있다(지도상으로는 A~K까지 있었다.).

2. 자신의 발표에 관하여

이번에는 광섬유 결합형 광결정 공진기에 의한 결합 공진기 형성의 isolated mode에 관한 포스터 발표를 하였다. 발표에서는 10명 미만의 사람들에게 설명을 하였으나, 포토닉 결정 분야라고 해도 배경이 다양하여 공진기 형성의 원리 등 기본 사항에 관한 질문이 많았다. 한편, 전문분야에 가까운 분들로부터 향후 방향성에 대한 질문을 받았는데, 광신호 처리에 관한 실험을 한다고 했지만, 기존 디바이스에 비해 기능적으로 우수한 점은 삽입 손실이 매우 적다는 점뿐이었다. 그 장점을 살리기 위해 토로이드 등 다른 플랫폼의 소자와의 결합이나 양자 광학 분야에서의 응용 등을 유력한 방향성으로 생각하고 있다.

3. 주제 소개

T. Cunningham, T. Cunningham et al. "세포막 이미징 및 디지털 해상도 생체분자 센싱을 위한 광결정 강화 현미경"

격자 구조에서 정재파의 공진 파장 변화를 이용한 세포 이미징. 세포를 박막에 부착(배양)했을 때 종양 침윤, 줄기세포 분화, 세포 사멸, 암 전이 등의 세포 변화가 발생하는데, 이를 상세히 관찰하기 위해서는 label free, 정량화 가능, 높은 공간 분해능, 장기 이용 가능 등의 요건을 만족하는 방법이 필요하다. 이 연구에서는 폴리머와 ITO로 제작한 격자 위에 세포를 부착함으로써, 세포 부착부의 국소적인 공명 파장의 변화로부터 위의 조건을 만족하는 세포 이미징이 가능하다는 것을 보여주었다.2011년에 논문이 발표된 것으로 보아, 타나베 연구실에서도 세포주기에 관심을 가졌던 시기가 있었다. 있었지만, 그 당시에는 이를 위한 유력해 보이는 도구가 세상에 존재하고 있었다는 것이다. 관련 연구 조사나 학회 청강으로 시야를 넓혀 두는 것이 중요하다는 것을 다시 한번 느꼈다.

A. Schulz, A. et al. , "카고메 격자의 광결정 도파관"

광결정 도파관을 이용한 슬로우 라이트 발생에는 삼각형 격자의 주기 구조의 한 라인을 채운 W1 타입의 도파관이 주로 사용되고 있다. 그러나 W1 도파관에서는 분산 및 손실이 큰 밴드단에서 동작시켜야 하기 때문에 설계의工夫가 필요하며, 최적화 시에도 군굴절률이 150 정도로 제한적이었다. 본 연구에서는 카고메 격자 구조의 광결정 도파관을 이용하여 밴드단 이외의 부분에서 군굴절률 150을 초과하는 슬로우라이트의 구현이 가능함을 보여주었다(수치해석에서는 10,000 이상). 도파관 상하의 결함이 결합 공진기처럼 동작하여 슬로우 라이트를 실현한다고 한다. 또한, 실험적으로도 군굴절률을 측정한 결과, 기존 소자와 동등한 수준의 성능을 보였다. 카고메 격자는 광결정 파이버의 응용에 많이 이용된다는 인상이 있었지만, 도파로 이용한다는 것은 생각해 본 적이 없었다. 이야기를 들어본 바로는 슬로우 라이트에 관해서는 장점이 많기 때문에 조만간 높은 성능을 보인 보고가 나올지도 모른다.