초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제는 (1)상온에서도 스핀양자상태를 유지할 수 있는 전이금속 디칼코게나이드 기반 양자광원을 개발하고 나노포토닉스 구조와의 결합을 통해 (2) 양자광원의 스핀상태를on-chip상에서 광자의 경로로 제어하는 카이랄 양자 스핀-광자 인터페이스 구현에 대한 연구임. 나노포토닉스 구조 안에서 관찰할 수 있는 빛의“스핀-광자 경로” 잠금 현상을 이용하여 양자광원의 스핀양자정보에 따라 서로 다른 방향으로 진행하는 단일광자과 상호작용 하는 것을 실험적으로 구현하는 것이 목적임. 즉, 양자점의 스핀과 단일광자의 경로가 양

□ 연구개요
본 연구과제는 (1)상온에서도 스핀양자상태를 유지할 수 있는 전이금속 디칼코게나이드 기반 양자광원을 개발하고 나노포토닉스 구조와의 결합을 통해 (2) 양자광원의 스핀상태를on-chip상에서 광자의 경로로 제어하는 카이랄 양자 스핀-광자 인터페이스 구현에 대한 연구임. 나노포토닉스 구조 안에서 관찰할 수 있는 빛의“스핀-광자 경로” 잠금 현상을 이용하여 양자광원의 스핀양자정보에 따라 서로 다른 방향으로 진행하는 단일광자과 상호작용 하는 것을 실험적으로 구현하는 것이 목적임. 즉, 양자점의 스핀과 단일광자의 경로가 양자얽힘상태에 있음을 밝힐 예정이며, 이런 카이랄 양자 상호작용을 통해서 상온에서 외부 자기장이 없이도 광자의 국소적인 진행방향을 제어/검출함으로서 양자점의 스핀을 제어/검출 할 수 있는 양자 스핀-광자 인터페이스 소자를 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 상온 스핀-광자 상호작용 연구
• 빛의 방향에 따라 밸리스핀정보 선택적 여기 방법 개발: 광도파로에 생성되는 근접장의 스핀-궤도 상호작용을 활용하여 광도파로를 따라 가이드 되는 레이저의 진행 방향에 따라 전이금속 디칼코게나이드 밸리정보를 선택적으로 여기 시키는 방법을 최초로 구현함.
• 스핀-광자 상호작용을 통한 원거리 밸리스핀 수송 방법 개발: 흡수계수가 적은 ZnO 도파로를 활용하여 전이금속 디칼코게나이드의 엑시톤의 밸리스핀 정보를 15um 이상의 원거리로 전달하는 것을 구현함.
2. 2차원 물질 기반 양자광원 연구
• hBN 레이어 기반 상온 양자광원 개발: 상온에서 양자광원을 개발하기 위하여 hBN 결함구조를 연구하고 제작 방법을 최적화함.
• 전이금속 디칼코게나이드 기반 양자광원 개발: 전이금속 디칼코게나이드 기반의 양자광원을 제어하는 방법을 개발하기 위하여 전기장을 인가하여 도핑과 스트레인을 제어하고 양자광원의 품질을 높이는 방법을 개발함.
3. 전이금속 디칼코게나이드 기반 광도파로 연구
• 전이금속 디칼코게나이드 기반 광도파로 개발: 전이금속 디칼코게나이드 자체가 광도파로가 되어 전이금속 디칼코게나이드의 발광의 방향을 제어하는 모노리틱 구조 제작 방법을 채택함. 10 nm 두께의 매우 얇은 WS₂ 레이어에서도 빛이 효율적으로 가이딩 됨을 밝힘.
• 전이금속 디칼코게나이드 광도파로로 광전파 세기 제어 방법 개발: 전이금속 디칼코게나이드 광도파로를 마하젠더 간섭계 모양으로 만들어 광전파 세기를 엑시톤을 여기시키는 레이저의 세기 조절로 제어하는데에 성공함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 상온에서 스핀/밸리 정보를 원거리로 제어하고 전송하는 방법은 2차원 반도체 아니라 카이랄 물질, 스핀 편광 물질 등 광스핀과 상호작용하는 모든 물질에 적용할 수 있어 새로운 응용 가능성을 열어줌.
• 양자광원을 전기장으로 제어하는 방법은 제작된 양자광원을 on/off 시키거나 편광을 제어하는 방법을 제공할 수 있어 양자게이트 연구에 적용될 수 있음.
• 전이금속 디칼코게나이드 기반의 광도파로는 기본의 광도파로보다 매우 얇고 모드 면적이 작아 초소형 광집적회로를 구현할 수 있음.
• 개발된 전이금속 디칼코게나이드 기반 양자광원과 광도파로를 하나의 시스템에 결합함으로서 모노리틱 소자를 구현할 계획임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1. 상온 스핀-광자 상호작용 연구 ... 4
• 2. 2차원 물질 기반 양자광원 연구 ... 7
• 3. 전이금속 디칼코게나이드 기반 광도파로 연구 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 46