초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 저차원 반도체의 비선형 광 특성을 플라즈몬 구조체를 이용하여 생성 및 조절할 수 있는 연구를 수행한다. 주요 연구목표는 다음과 같다. 1) 물질의 비선형 광 응답을 결정하는 2차 이상의 유전분극함수는 텐서로 주어지며 물질을 구성하는 격자의 대칭성에 때라 텐서요소가 결정된다. 우리는 금속에 유도되는 플라즈몬의 세기와 방향성을 조절하여 임의의 텐서요소를 새로이 생성하고 그 크기를 조절하여 저차원 반도체가 새로운 비선형 광 특성을 갖도록 한다. 2) 표면 플라즈몬을 매개로 수퍼 발광 현상의

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 저차원 반도체의 비선형 광 특성을 플라즈몬 구조체를 이용하여 생성 및 조절할 수 있는 연구를 수행한다. 주요 연구목표는 다음과 같다. 1) 물질의 비선형 광 응답을 결정하는 2차 이상의 유전분극함수는 텐서로 주어지며 물질을 구성하는 격자의 대칭성에 때라 텐서요소가 결정된다. 우리는 금속에 유도되는 플라즈몬의 세기와 방향성을 조절하여 임의의 텐서요소를 새로이 생성하고 그 크기를 조절하여 저차원 반도체가 새로운 비선형 광 특성을 갖도록 한다. 2) 표면 플라즈몬을 매개로 수퍼 발광 현상의 원인인 이득물질 내 전기 쌍극자간의 강한 상호반용을 유도하여 궁극적으로는 발광 파장의 조절이 가능하며 상온에서 동작하는 피코초 펄스 수퍼 표면 플라즈몬 광원을 구현한다.

□ 연구결과
1. 근적외선 영역에서의 파장과 세기에 따른 단층 및 임의적층 그래핀의 비선형 광특성 측정 및 연구.
2. PbS 양자점, ZnO 박막, 단일원자층 MoS₂의 선형 및 3차 비선형 광특성 측정.
3. 비지엽적 유전분극 모델을 이용한 테라파 주파수 영역대에서 그래핀의 쌍안정(bistability) 특성 연구.
4. 그래핀의 소멸장 특성을 이용한 Yb:KYW 평면도파로 펄스레이저 구현
5. 전기적 제어를 통해 선형 및 비선형 광특성 조절이 가능한 그래핀 기반 포토닉스 소자 구현.
6. Ag 슬릿 배열과 InGaAsP 반도체를 결합하여 400nm 파장 영역대에서 주파수 변조가 가능한 표면 플라즈몬 슈퍼 광원 구현.
7. 임의 적층방식으로 구현된 다층 그래핀의 테라파 주파수 영역대에서의 비선형 특성 연구.
8. 금속 나노슬롯 안테나를 이용한 극미세 분자 흡수율 검출 연구.

□ 연구결과의 활용계획
1. 표면 플라즈몬 슈퍼광원을 양자 정보통신 및 계산 등에 집적화된 광원으로 사용하기 위해, 표면 플라즈몬 슈퍼광원의 효율성 및 소형화에 대한 연구와 높은 밀도의 여기된 원자사이의 집단적 상보적 특성에 대한 연구에 활용할 예정.
2. 임의 적층방식을 이용하여 제작된 다중 그래핀을 통신 및 테라파 주파수 영역대에서 광학 스위치 및 메모리 소자로 활용할 수 있는 후속 연구 수행.

(출처 : 연구결과 요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
The aim of this research is to create and to control of nonlinear optical properties of low-dimensional semiconductors by using plasmonic structures. 1) Nonlinear susceptibilities higher than the second order are tensors, and their elements are decided by the symmetry of latti

□ Purpose& contents
The aim of this research is to create and to control of nonlinear optical properties of low-dimensional semiconductors by using plasmonic structures. 1) Nonlinear susceptibilities higher than the second order are tensors, and their elements are decided by the symmetry of lattice structures. By controlling the direction and the strength of plasmons, arbitrary tensor elements of the material can be created. 2) By inducing strong correlation between electric dipoles in an excited semiconductor via surface plasmon, a wavelength-tunable, room-temp operating, and ps-pulse emitting new type of surface plasmon source is studied.

□ Result
1. The nonlinear optical properties of randomly stacked multilayer graphene samples have been measured and investigated in near infrared frequency regime.
2. The nonlinear optical properties of PbS quantum dots, thin layers of ZnO, monolayers of MoS₂ have been measured and studied.
3. The bistable transmission behavior of graphene embedded in thin multilayer structures has been studied by using a nonlocal susceptibility model in a terahertz frequency range.
4. The pulsed laser has successfully generated from a Yb:KYW planar waveguide structure by using graphene as a saturation absorber.
5. Graphene attached on a side polished fiber has been demonstrated for an electrically controllable photonic modulator.
6. A 400nm-wide wavelength-tunable surface plasmon laser has been realized by using Ag slits arrays on an InGaAsP semiconductor.
7. Terahertz nonlinear optical properties of randomly stacked multilayer graphene films have been studied and compared to those of as-grown graphene samples
8. Nano-sensitive absorption detection of molecules has been studied by using metal slot antenna arrays.

□ Expected Contribution
1. The surface plasmon laser can be applied to quantum communication and computing as a coherent light source and high density of excited electrons in the InGaAsP semiconductor can be used for a platform to investigate the collective and cooperative behavior of excited atomic systems.
2. Randomly stacked multilayer graphene films can be utilized for optical memory, switch, and modulator in a broad frequency range covering near infrared and terahertz frequencies.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 21
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 22
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 22
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 22
• 8. 참고문헌 ... 23
• 9. 연구성과 ... 24
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 29
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 29
• 12. 기타사항 ... 31
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 32
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 47
• 끝페이지 ... 62