미래창조과학부와 한국연구재단은 나노구조를 이용하여 신개념의 반도체 포토닉스 광원과 광제어 원천기술을 개발한 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 조용훈 교수(48세)를 이달의 과학기술자상 1월 수상자로 선정하였다.

반도체 포토닉스(semiconductor photonics) 란 빛을 효과적으로 발생시키거나 제어할 수 있는 광반도체를 기반으로 한 광학적인 물리 현상과 응용을 다루는 학문 분야를 말한다.

조교수는 반도체 나노구조를 이용하여 단방향으로만 빛을 전달하는 광자 다이오드, 초고속 단일 광자 발생기, 형광체 없이 다채로운 색의 빛을 내는 발광소자 같이 기존 방법으로 구현하기 어려운 신개념의 광원과 광제어 기술을 독창적으로 구현한 업적을 인정받았다.

발광소자, 태양전지 같은 기존의 광반도체 소자는 제조과정의 편리함에 중점을 둔 2차원 평면구조를 주로 이용하여 왔다. 하지만 3차원 입체구조를 이용하면 결정품위를 개선하고 표면적을 효과적으로 넓힐 수 있어 광반도체 소자의 성능 개선과 새로운 기능성을 확보하는데 중요한 실마리가 될 수 있다.

조 교수는 광반도체를 나노크기의 3차원 구조로 제작하고 입체적 특징을 이용하면 위치에 따라 에너지와 발광색깔이 다른 독특한 구조를 형성할 수 있다는 점에 착안했다.

이를 토대로 축 방향으로 에너지가 연속적으로 변하는 나노막대를 이용한 광자 다이오드, 3차원 구조의 꼭지점에 양자점을 형성시킨 초고속 단일 광자 발생기, 형광체 없이 다채로운 색깔을 내는 무형광체 백색 LED 등을 주도적으로 개발했다.

또한 그래핀을 이용한 양자점에서의 가시광 발광현상의 원인을 체계적으로 연구해 친환경적인 그래핀 양자점을 이용한 광원의 가능성도 보였다. 최근에는 공동연구를 통해 나노입자의 산란특성을 적절히 제어해 회절한계***를 넘는 고해상도 영상 기법의 실마리를 발표하였다.

조 교수는 최근 3년간 네이처 포토닉스(Nature Photonics), 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications), 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials), 나노레터스(Nano Letters), 피지칼 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 등 정상급 국제학술지에 45편의 논문을 발표하고 이 중 5편은 표지 논문으로 선정되었으며, 현재까지 200편 이상의 국제 논문을 출간하는 등 왕성한 연구활동을 보이고 있다.