이달의 과학기술인상에 서민교 KAIST 교수 선정

광학적 무반사와 광학적 진공 극한에 도전

빛-물질 상호작용 연구 새로운 방법론 제시

이달의 과학기술인상에 선정된 서민교 KAIST 교수. ⓒ과학기술정보통신부

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 5월 수상자로 서민교 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수를 선정했다고 1일 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정, 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

서 교수는 광학적 무반사와 광학적 진공의 실험적 극한에 도전해 약한 세기의 빛-물질 상호작용 연구의 새로운 방법론과 가능성을 제시한 공로를 인정받았다.

빛-물질 간 상호작용은 광학 분야 연구의 근간을 이루는 물리 현상으로, 레이저는 물론 태양전지 등 각종 광전자 소자와 여러 정밀 광학 측정법의 개발과 양자정보통신 기술 확립에 필요한 물성 연구의 핵심 요소다.

빛의 반사가 완전히 0이 되는 광학적 무반사 조건은 이론적으로 용이하게 계산되지만, 실험으로는 0에 가까운 불완전한 무반사만 구현할 수 있었다.

서 교수는 실험적으로 완전한 광학적 무반사를 얻었고, 완전한 광학적 무반사가 가능한 수학적 조건이 외부 자극에 따라 준입자적 거동을 보이는 새로운 형태의 광학적 소용돌이를 수반한다고 밝혔다.

또 광학적 무반사를 이용해 원자적 두께를 가지는 매질의 약한 빛-물질 상호작용 현상을 간단하면서도 정밀하게 측정하거나, 광학적 진공을 새로운 광전자·양자광학 소자 개발에 응용할 기반을 마련했다.

기존의 빛-물질 간 상호작용 연구들은 주로 빛의 전자기장을 강하게 집중시키는 방법으로 상호작용을 강화했다.

하지만 서 교수는 이와 반대 방향인 광학적 무반사와 광학적 진공을 이용해 약한 빛-물질 상호작용을 독립적으로 정밀하게 관측하거나 제어할 수 있음을 증명했다.

이를 통해 배경 잡음보다 수천 배 작은 자기광학 신호를 광학적 무반사로 독립적으로 측정하거나, 광학적 진공을 만들어 2차원 매질 엑시톤이 빛의 형태로 에너지를 잃어버리지 않고 보다 오랜 시간 존속하도록 했다.

연구 성과는 2022년 11월 네이처(Nature)를 비롯해 여러 국제학술지에 게재된 바 있다.

서민교 교수는 “이번 연구는 기존 빛-물질 상호작용 연구에 크게 활용되지 못했던 광학적 무반사나 광학적 진공이 오히려 고정밀 측정과 다양한 물성의 발현 등에 장점이 있음을 알리고, 그 극한을 이론적 계산에 머물지 않고 실험적으로 실현한 데 의의가 있다”며 “앞으로 광학과 물리학 연구 개발에 새로운 방법론과 자유도를 가져다줄 것으로 기대한다”고 말했다.

서민교 KAIST 교수가 증명한 완전한 광학적 무반사 연구 결과. ⓒ과학기술정보통신부