이번 연구를 통해 상온에서 작동 가능한 다양한 양자 광소자 개발이 가능해질 것으로 기대된다.

빛이 반도체 내부의 엑시톤과 오랜 시간 머물 수 있는 적절한 조건이 형성되면 서로 강하게 상호작용하며 빛과 물질의 장점을 동시에 갖는 제3의 양자입자 '엑시톤-폴라리톤'이 생성된다.

하지만 기존 연구에서 엑시톤-폴라리톤을 만들기 위해서는 극저온 실험환경을 갖추거나 빛을 반도체에 오래 가두기 위한 거울구조를 만드는 복잡한 공정이 필요했다.

이에 연구팀은 거울 구조 대신 머리카락 굵기보다 100배 얇은 육각형 마이크로 막대 구조를 이용해 문제를 해결했다. 이 구조를 이용해 거울구조 없이 내부 전반사의 원리를 통해 균일하면서도 자발적으로 형성되는 빛의 모드를 만들어냈다. 또 엑시톤의 강한 상호작용으로 상온에서도 엑시톤-폴라리톤을 생성할 수 있었다.

이 외에도 연구팀은 또 고해상도 레이저 광학 시스템을 이용해 엑시톤-폴라리톤 포텐셜 에너지와 이의 경사도를 조절해 엑시톤-폴라리톤 응축현상의 운동량 제어에도 성공했다. 운동량 제어는 양자현상 제어의 중요한 요소 중 하나다. 초유체 기반의 집적회로, 양자시뮬레이터 같은 양자광소자 등 응용이 가능하다.

조 교수는 "상온 엑시톤-폴라리톤 플랫폼으로서 복잡한 저온 장치 없이 이와 관련된 기초연구의 문턱을 낮출 수 있는 기반이 될 수 있을 것"이라며 "지속적인 연구를 통해 상온에서 작동이 가능한 다양한 양자 광소자로 활용되길 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 미국 광학회의 국제학술지 '옵티카 (Optica)'10월 20일 자에 게재됐다.