우정원(가운데) 교수와 이화여대 물리학과 연구팀은 국내 광소자 기술 개발 연구 분야에 있어 선두를 달리고 있다.

광자결정체 구조(위)와 현미경으로 본 결정체 모습(아래)

전자를 이용한 정보의 전달ㆍ저장ㆍ처리는 점점 한계에 부딪히고 있다. 우선 정보량이 폭증하고 있다. 또 전자를 이용한 정보 전달은 주파수 혹은 태양의 흑점 등에 의해 통신장애를 겪기도 하는 등 단점이 적지 않다. 이렇다 보니 미래는 전자 대신 빛을 활용한 정보의 전달ㆍ저장ㆍ처리 시대를 예고하고 있다. 정보를 빛으로 바꿔 전달한다고 해보자. 빠른 속도로 정보의 전달이 가능 하게 되는 등 장점이 많다. 이에 따라 미래 정보산업에 있어 빛의 중요성은 이루 말할 수 없다. 정보를 빛으로 바꾸기 위해선 광소자(photoelectric element)가 필수다. 광소자란 빛을 에너지 또는 송신 수단으로 이용할 때 중요한 작용을 물질을 칭한다. 병술년 첫번째 ‘이달의 과학기술자상’ 수상의 영예를 안은 우정원 이화여대 물리학과 교수(자연과학대 학장)의 연구는 액정과 광자의 성질을 결합한 광소자 개념을 세계 최초로 정립하는 등 빛을 활용한 미래 정보산업의 가능성을 열었다는 평가를 받고 있다. ◇다양한 구조의 광자결정 제조 길 열어 = 광소자를 만들기 위해서는 우선적으로 다양한 구조의 광자결정체를 만들어야 된다. 눈과 얼음의 성질이 다른 것은 결정구조에서 차이가 있기 때문이다. 즉 다종다양한 성질을 갖고 있는 광자결정 제조는 광소자 연구에서 있어 기초가 되는 분야다. 이번 연구에서 우 교수팀은 자기조리법을 활용, 3차원 광자결정을 만들었다. 자기조립법은 일명 ‘바텁 업(bottom-up)’으로 불린다. 이 방식은 입자를 하나씩 입히는 것. 원하는 모양ㆍ크기 등으로 결정을 만들 수 있다는 것이 장점이다. ◇광 밴드 갭 조절 가능성 제시 = 광자결정을 광소자로 활용하기 위해서는 ‘밴드 갭’ 조절이 필요하다. 광자 밴드 갭이란 어떤 빛은 투과 시키고, 다른 빛은 투과 시키지 못하는 차이를 말한다. 바꿔 말해 밴드 갭을 조절할 수 있으면 그만큼 광자 결정체 활용도를 높일 수 있게 된다. 우 교수팀은 금번 연구에서 실리카 나노 구의 크기 조절을 통해 광자결정 밴드 갭을 조절할 수 있는 가능성을 열었다. 전기적 조작을 통해 긴 파장과 짧은 파장의 빛 등을 선택적으로 투과 시킬 수 있는 가능성을 선 보인 것이다. ◇액정과 광자결정 이용한 광소자 개념 확립 = 우 교수팀은 또 액정(고체와 액체 사이의 물질)과 광자결정을 이용한 광소자 개념을 확립했다. 쉽게 설명하면 액정과 광자의 장점을 결합한 새로운 모델을 제시한 것이다. 액정과 광자의 장점을 결합한 새로운 광소자 개념은 이렇다. 보편화 된 칼라 액정은 세 가지 색의 필터(레드, 그린, 블루)에 의해 색갈이 나온다. 필터가 없으면 흑백 액정이 되는 셈이다. 하지만 액정과 광자결정을 이용한 광소자를 사용한다면 필터 없이 칼라 액정이 가능해 진다는 것을 의미한다. 광자결정의 선택적 빛 투과 조절을 통해 필터 없이 칼라 액정이 탄생하는 셈이다.