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Miracle KIST

정보 홍수 시대…"이제 '광(光)'소자에 맡겨라"

나노포토닉스연구센터, 광소자 원천연구에서 응용연구까지

시대가 발전하면서 정보의 양은 폭발적으로 증가하고 있다. 반면 우리가 사용하는 전자 기기는 크기는 작아지면서도 감당해야 할 정보들이 많아 처리 속도에 점차 한계가 오고 있다. 그럼에도 소비자들은 '더 작게 더 빠르게'를 요구한다. 덕분에 기계들은 빛의 속도로 일을 처리하기 위해 쉴틈 없이 돌아간다.

그러나 모든 기기는 언젠가 처리속도의 한계에 부딪치게 마련이다. 그렇다면 이같은 한계를 어떻게 극복해야할까. 바로 '광기술'이다.

KIST는 빛의 속도로 일을 처리해 줄 '광소자' 연구 기반을 약 20년 전부터 쌓아왔다. 기존의 광학연구실과 반도체 재료실 연구팀이 반도체를 연구하면서 광반도체 연구를 시작한 것이 발단이다. 이 연구팀들은 광소자 연구를 본격적으로 하기 시작하면서 처음엔 광센터를, 지금은 나노포토닉스연구센터(센터장 한일기)라는 이름아래 원천연구에서 응용연구까지 도맡아 하고 있다.

연구원들은 나노구조를 이용한 광소자를 개발해 기존의 LED, 태양전지, 광섬유 레이저, 광섬유 센서 등 기존 광소자의 성능을 획기적으로 개선하고 단광자 광원 같이 새로운 광소자와 이를 이용한 양자암호 연구를 수행하고 있다. '나노포토닉스연구센터'를 직접 찾아가 봤다.

센터는 크게 ▲나노재료 연구팀 ▲나노광소자 연구팀 ▲광섬유 연구팀로 나뉘어져 있다. '나노재료 연구팀'에서는 말 그대로 나노구조와 소재 등 원천기술을 연구 중이다. 이 팀에서 소재 연구가 끝나면 연구결과를 가지고 소자를 만드는 팀이 '나노광소자 연구팀이다. 이어 이 소자들을 연결하고 응용함으로써 광자결정 광섬유와 초고속 광통신 시스템 등을 연구하는 것이 '광섬유 연구팀'로 3개의 연구팀은 각각 다른 연구를 하는 듯 하지만 원천연구에서부터 응용연구까지 일관 작업방식으로 일하고 있다. 

현재 센터가 하고 있는 연구는 10가지 이상이나 된다. 그중 몇 가지만 살펴보면 ▲양자점을 이용한 고출력 반도체 레이저 다이오드 연구 ▲양자점을 이용한 태양전지 연구 ▲고출력 광섬유레이저 연구 ▲플렉시블 LED ▲Si 양자구조체 합성 및 응용 ▲양자암호 시스템 연구 ▲초고속 광통신 시스템연구 ▲광자결정 광섬유 연구 등을 꼽을 수 있다.

특히 센터는 약 20년 넘게 MBE(분자선 결정성장 시스템)를 운영하여 현재는 3대 보유하고 있으며 이를 기반으로 양자점 및 화합물 반도체 에피구조를 성장해 레이저 다이오드와 태양전지 등도 만든다.

"해킹은 절대 안돼!"…해킹불가 시스템 개발
 
 

최근 국내 국민의 정보가 해외로 유출되는 사건 사고가 연이어 발생하고 있다. 또 기기의 발달로 도청이나 감청 등을 쉽게 할 수 있어 유명인 뿐 아니라 일반인들에게까지 사생활 침해 사례가 확대되는 실정이다.

센터는 이러한 피해를 막고자 양자암호통신에 대한 기반기술을 개발 중이다. 양자암호통신 기술은 통신상의 보안을 자연의 기본원리인 양자역학 법칙에 의해 보장하는 것으로 절대적으로 해킹이 불가능한 차세대 통신 보안기술이다. 송신자와 수신자 사이에 암호키를 안전하게 실시간 분배함으로써 해커가 해킹을 시도했을 때 해킹당한 사실을 빠르게 감지할 수 있게 해준다.

특히 해킹을 감지한 시스템은 스스로 암호 자체를 바꾸기도 하는데 이를 통해 해커의 침입을 완벽히 막을 수 있다.

센터는 이정일 박사를 중심으로 연구자 네트워크 형성과 국제협력을 통한 연구에도 주력하고 있다. 6년째 프랑스 CNRS와 양자점과 나노선을 이용한 단광자 광연구를 함께 진행하고 있으며, 비슷한 연구를 하는 연구자들끼리 워크샵을 통해 의견을 논의하고 연구 아이디어를 모으는 시간도 가지고 있다.

센터가 수행하는 연구는 소재를 합성하거나 성장시키면서 물성을 보는 기초연구에서부터 그것을 바탕으로 소자를 만들어 분석하는 응용연구까지 다 포함하고 있다. 한일기 센터장은 "원천과 응용연구가 더욱 조화롭게 진행되는, 원천적 연구와 사업화에 가까운 연구 두 가지를 병행하는 센터가 되겠다"고 포부를 밝혔다.