미래창조과학부는 KIST 허가현 박사 연구팀이 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 준결정 구조 내에서 빛이 정지하는 국부화 현상을 발견했다고 2일 밝혔다. 준결정 구조 내에서 빛이 정지하는 현상을 구현하는 소재를 개발해 층간소음 해결, 빠르고 정확한 광통신을 위한 광섬유 개발 등의 가능성을 열었다는 것이 미래부의 설명이다.

준결정이란 결정(Crystal)과 비정질 소재의 특성을 동시에 지니는 새로운 형태의 소재로 산란체들이 일정하게 병진 및 회전 배열이 되어 있는 결정구조와는 달리 부분적으로 회전 배열만 돼있는 것이 특징이다.

빛이 정지하는 원리는 빛이나 소리 등의 파동이 소재를 통과할 때 소리 내에 존재하는 산란체에 충동하고 다중산란을 일으켜 물질내부에서 멈추게 된다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 산란체들이 공간적으로 일정하게 배열돼 있는 결정질 소재와 산란체들이 무질서하게 흩어져 있는 비정질 소재의 중간적인 성격을 지니는 준결정 소재로부터 파동의 국부화 현상이 나타나는 것을 발견하고 그 원리를 파악해냈다.

이번 연구를 바탕으로 산란체 위치가 정확하게 결정돼 있는 준결정 구조를 이용해 파동의 국부화 현상을 일관되고 안정적으로 제어할 수 있게 됐다.

결정 구조와 준결정 구조의 차이 (이미지=미래부)

이 연구결과를 광섬유에 응용할 경우 기존의 정보 및 신호전달 체계를 획기적으로 개선해 빠르고 정확한 통신망을 구축할 수 있을 것으로 전망된다.

다중산란에 의해 파동이 증폭되는 레이저 시스템에 적용할 경우 특정 주파수의 빛을 강하게 방출할 수 있어 지금보다 훨씬 강력한 레이저의 개발이 가능할 것으로 예상된다.

또한 준결정 구조를 방음벽에 이용할 경우, 최근 사회적으로 이슈가 되고 있는 층간소음을 획기적으로 저감할 수 있다.

허가현 박사는 “기존의 통제하기 어려운 무질서한 구조에서만 관찰되던 파동의 국부화 현상을 구조 제어가 가능한 준결정 구조에서 발견해 이 현상을 훨씬 능동적으로 조절 할 수 있게 됐다”며 “향후 광섬유나 레이저 외에 다양한 분야에서도 파동의 국부화 현상을 활용한 응용 연구에 주력할 계획”이라고 말했다.

한편, 이 연구는 미래창조과학부 원천기술개발사업의 미래소재디스커버리사업 지원으로 수행한 한국과학기술연구원(KIST) 허가현 박사 연구팀의 연구결과로, 물리분야의 학술네이쳐 피직스(Nature Physics) 1월 9일자에 게재됐다.