ㅇ 최근 20여 년 동안 세계적 관심을 끌었던 나노광학 기술은 기존의 전통적 광과학에 나노기술과 고체결정/반도체 이론을 도입함으로써 메타물질 광학이라는 새로운 연구분야를 개척하며 발전해 왔다. 하지만, 빛을 나노미터 크기로 국소화 하게 되면 물질에서의 에너지 흡수가 급격히 증가하는 물리적 한계에 의해, 나노광학 기술이 상용화 되는데 큰 어려움이 있었다. 이러한 에너지 손실문제를 근본적으로 해결하기 위해서는 손실을 보상하고 증폭할 수 있는 이득물질을 첨가할 수밖에 없는데, 손실과 이득이 있는 물질이 나노미터 크기로 결합된 미세구조는 복잡한 비선형적인 특성을 보이게 되어 기존 나노광학 방식으로는 설계 및 구현하기가 매우 어려운 문제로 남아있었다.

ㅇ 본 연구팀에서는 열린-양자역학 (open quantum mechanics) 이론을 나노광학 기술에 도입하여 기존 나노광학 기술로는 실현이 어려운 국소영역에서 발생하는 에너지 손실문제를 극복하고, 광신호 흐름의공간적 및 시간적 대칭성을 붕괴시킬 수 있는 새로운 개념의 광통신용 집적회로 소자를 개발하였다.

ㅇ 기술적으로 보면, 손실-이득 물질을 나노미터 정밀도로 집적화하여 협성된 나노광학 구조를 선형적인 문제로 단순화 하여 해석할 수 있게 되어, 나노광소자의 설계 및 구현 기술을 실용화 단계까지 발전시킬수 있을 것으로 기대된다. 학술적으로 의미로는, 종래의 광학분야에 열린-양자역학 이론 및 수학적 대칭성 또는 특이성을 도입하여 다양한 기존의 물리적 한계를 극복하려는 시도와 함께, 열린-양자역학이라는 이론을 실험적으로 검증하고 발전시키기 위한 새로운 광과학 영역을 개척하는데 기여할 것으로 기대된다.

"Time-asymmetric loop around an exceptional point over the full optical communications band,"
Nature, volume 562, pp.86–90 (2018. 09)

(완쪽부터) 송석호, 윤재웅, 최영선, 김건표