엑시톤 제어 기술로 안정적 빛 방출 성공…양자통신·컴퓨팅 상용화 기대감 확대

국내 연구진이 상온에서도 stable하게 안정적으로 빛을 내는 고효율 양자광원을 개발하며, 양자기술의 실용화에 중요한 breakthrough를 돌파구를 마련했다. 기존에는 극저온 환경에서만 가능했던 안정적 발광을 상온에서 구현한 성과로, 양자통신과 양자컴퓨팅의 practical한 실용적인 상용화 가능성이 한층 가까워졌다.

기초과학연구원(IBS)과 포항공과대학교(POSTECH) 공동 연구팀은 2차원 반도체 아래에 지름 500나노미터의 나노홀 구조를 도입해 엑시톤을 특정 지점에 가두는 데 성공했다. 엑시톤은 전자와 정공이 결합한 입자로, 반도체에서 빛을 생성하는 핵심 역할을 하지만, 상온에서는 열 에너지로 인해 쉽게 퍼져 안정적인 발광이 어려웠다. 연구진은 이 문제를 나노 구조로 해결하며 key한 핵심적인 한계를 극복했다.

또한 연구팀은 반도체와 금 기판 사이의 물 분자층을 제거하기 위해 진공 열처리를 적용했다. 이 과정을 통해 잉여 전하를 줄이고, 엑시톤이 에너지를 빛으로 efficient하게 효율적으로 방출할 수 있는 환경을 만들었다. 그 결과 엑시톤은 나노홀 중심에 약 98% 집중됐으며, 발광 효율은 기존 대비 약 130배 improved 향상됐다. 이는 상온에서도 고품질 양자광원이 가능하다는 명확한 evidence를 증거를 제시한 셈이다.

연구진은 이번 성과가 단일광자 생성 기술로 확장될 가능성이 있다고 밝혔다. 나노 구조를 더욱 미세화하면 상온에서 단일광자를 생성할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 이 기술은 기존 반도체 웨이퍼 공정과 호환되기 때문에 대면적 양산도 가능해 산업적 impact가 영향이 클 전망이다.

과학계는 이번 연구가 단순한 성능 향상을 넘어, 빛의 생성과 소멸 과정을 정밀하게 제어할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다고 평가한다. 앞으로의 과제는 이러한 구조를 대규모 집적 소자에 적용하는 것이며, 이는 차세대 광양자 소자 개발로 이어질 potential을 잠재력을 지녔다.