KPI뉴스 - 그래핀으로 여는 '보이지 않는 빛'의 세계…빛 알갱이 한 개의 흔적까지 읽는다

  • 흐림완도18.7℃
  • 맑음강화19.5℃
  • 흐림구미19.0℃
  • 흐림광주19.4℃
  • 흐림군산19.1℃
  • 흐림여수19.4℃
  • 맑음이천21.1℃
  • 흐림정읍19.4℃
  • 흐림부여19.6℃
  • 구름많음인천19.6℃
  • 구름많음원주21.2℃
  • 구름많음정선군19.7℃
  • 흐림추풍령17.3℃
  • 흐림장수16.8℃
  • 흐림경주시19.1℃
  • 비북부산19.8℃
  • 구름많음서울21.5℃
  • 흐림울진17.5℃
  • 비서귀포19.2℃
  • 흐림거제19.2℃
  • 흐림김해시19.0℃
  • 구름많음백령도15.4℃
  • 흐림고창19.1℃
  • 맑음춘천22.1℃
  • 흐림순천17.7℃
  • 흐림영덕18.3℃
  • 흐림전주19.8℃
  • 흐림부산19.2℃
  • 흐림포항19.7℃
  • 맑음파주20.5℃
  • 흐림남해19.5℃
  • 구름많음북강릉16.2℃
  • 흐림청송군17.5℃
  • 흐림청주21.5℃
  • 구름많음영월20.6℃
  • 흐림임실18.6℃
  • 흐림북창원20.2℃
  • 흐림양산시19.9℃
  • 흐림진도군19.4℃
  • 맑음철원20.4℃
  • 흐림보성군19.2℃
  • 맑음속초16.4℃
  • 흐림서청주20.5℃
  • 구름많음대관령13.3℃
  • 흐림진주18.5℃
  • 흐림강진군19.4℃
  • 흐림고창군19.5℃
  • 흐림문경18.6℃
  • 흐림성산18.9℃
  • 맑음서산20.7℃
  • 흐림산청18.0℃
  • 흐림광양시19.0℃
  • 흐림보은18.9℃
  • 흐림충주20.7℃
  • 흐림영광군17.9℃
  • 흐림의령군18.9℃
  • 흐림울릉도17.3℃
  • 흐림대구20.0℃
  • 흐림울산18.5℃
  • 흐림영주19.4℃
  • 흐림밀양20.9℃
  • 구름많음수원20.6℃
  • 흐림고산14.6℃
  • 흐림봉화17.7℃
  • 흐림거창18.0℃
  • 흐림금산20.2℃
  • 흐림상주19.1℃
  • 흐림통영19.5℃
  • 흐림천안20.9℃
  • 비목포19.6℃
  • 흐림부안18.9℃
  • 흐림대전20.6℃
  • 흐림고흥19.3℃
  • 흐림해남19.1℃
  • 흐림순창군18.1℃
  • 맑음홍천20.5℃
  • 구름많음동두천20.4℃
  • 흐림보령20.5℃
  • 흐림함양군18.2℃
  • 구름많음동해16.5℃
  • 흐림의성20.2℃
  • 구름많음강릉17.4℃
  • 흐림태백15.2℃
  • 맑음북춘천20.6℃
  • 구름많음제천19.3℃
  • 비제주18.3℃
  • 흐림장흥19.1℃
  • 흐림흑산도17.5℃
  • 흐림안동19.6℃
  • 흐림남원19.3℃
  • 흐림영천18.7℃
  • 흐림창원19.3℃
  • 흐림합천18.4℃
  • 맑음인제20.2℃
  • 구름많음양평20.4℃
  • 흐림세종19.7℃
  • 구름많음홍성21.2℃

그래핀으로 여는 '보이지 않는 빛'의 세계…빛 알갱이 한 개의 흔적까지 읽는다

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2026-06-04 09:48:14
포스텍 연구팀, 저에너지 광자 검출 위한 초고감도 센서 개발
우주 관측, 양자통신, 암흑물질 탐색 등 다양한 분야에 활용 기대

포스텍 연구팀이 그래핀 기반 초고감도 양자 센서를 개발해 단일 광자 수준의 미세한 빛 신호까지 검출할 수 있는 새로운 기술을 구현하는데 성공했다.

 

▲ 포스텍 물리학과·융합대학원 이길호 교수, 포스텍 물리학과 정우찬 박사. [포스텍 제공]

 

포스텍은 물리학과·융합대학원 이길호 교수, 물리학과 정우찬 박사 연구팀이 미국 MIT, BBN, 워싱턴대학교, NIMS 등 연구팀과 함께 그래핀을 이용해 단일 광자까지 검출할 수 있는 초고감도 양자 센서를 개발, '보이지 않던 빛의 세계'를 넓히는 첫걸음을 내디뎠다고 4일 밝혔다.

 

이번 연구성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

 

빛은 '광자'라는 아주 작은 에너지 단위로 이루어져 있다. 이 알갱이를 하나씩 검출하는 기술은 양자통신, 양자컴퓨팅, 우주 관측 같은 첨단 기술의 핵심으로 꼽힌다.

 

기존의 단일 광자 검출 기술은 반도체 전자 구조나 초전도체의 에너지 틈을 이용하는데 이 방식은 안정적이지만, 비교적 높은 에너지를 가진 빛에만 반응한다는 한계가 있다. 특히, 적외선이나 마이크로파처럼 에너지가 낮은 빛은 검출이 어려워 새로운 방식의 센서 기술이 필요했다.

 

연구팀이 주목한 것은 그래핀 속 '디랙 전자'의 독특한 열적 특성이다. 그래핀은 전자들이 매우 가볍게 움직이고 열을 거의 저장하지 않는 물질이다. 그만큼 아주 작은 에너지에도 쉽게 온도가 변하는, 일종의 '초민감 온도계'라고 할 수 있다.

 

연구팀은 이를 활용해 그래핀 기반 조셉슨 접합소자를 만들었다. 핵심은 빛을 전기 신호로 읽어내는 기존과 달리 광자가 흡수되면서 발생하는 '미세한 열 변화'를 감지하는 데 있다.

 

실험 결과, 광자가 한 개 흡수되었을 때 그래핀 전자 온도가 약 2K(켈빈)까지 상승했고 그로 인해 초전도 상태가 깨지며 발생하는 변화를 전기 신호로 읽어내는 데 성공했다. 즉, '빛 알갱이 한 개가 지나갔다'라는 것을 전기적으로 확실하게 확인한 것이다.

 

▲ 그래핀 조셉슨 접합 기반 적외선 단일 광장 검출기 모식도. [포스텍 제공]

 

성능도 뛰어났다. 87%의 높은 검출 효율을 보였으며 잘못된 신호를 감지하는 오검출률은 초당 1회 이하, 조건에 따라 일주일에 1회 수준까지 낮췄다. 또한 기존 기술과 비교해도 경쟁력 있는 초고감도를 달성했다.

 

이번 연구는 특정 에너지 문턱을 넘어야만 빛을 감지할 수 있던 기존 방식에서 벗어나 극미세한 열 변화까지 읽어내는 광자 검출 원리를 제시했다는 점에서 의미가 크다.

 

이길호 교수는 "기존 검출 기술은 일정한 에너지 문턱을 넘어야만 신호를 감지할 수 있었지만 이번 연구는 훨씬 작은 에너지 변화까지 읽어낼 수 있는 새로운 접근법"이라며 "적외선부터 마이크로파 영역까지 확장해 우주 관측, 양자통신, 암흑물질 탐색 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]