분야
hwp2. 광결정(Photonic Crystal)의 원리
3.광결정(Photonic Crystal)의 구조
4.광결정(Photonic Crystal)의 활용과 미래
①한국과학기술원 신기술 개발한 도청 땐 광자 깨져 ‘들통’…초고속 광통신·컴퓨터로도 활용
②전기만 연결하면 작동
③신호 깨져 도청 못해
5.광결정(Photonic Crystal)의 중요성
나비나 새의 깃털 가는 주름에서 나타내는 빛의 회절, 간섭, 산란 현상에 의한 색깔을 구조색이라고 합니다. 구조색은 실제 색소에 의한 것이 아니고 비누방울의 얇은 막 반사에 다른 간섭으로 색상이 나타나는 것과 같습니다. 물위에 덜어진 기름이 무지개 색으로 나타나는 것도 구조색입니다. 과거부터 나비 날개에서 색소를 추출하여 물감으로 쓰려던 노력이 있었습니다. 그러나 나비 날개 위 화려한 색소를 추출 하는데 화려한 색소 추출에 실패한 후 연구 되었습니다. 원래 색소 색상과 구조색 이 두가지가 겹친 색이 조합되어 있습니다.
물리적인 구조색으로는 미소한 입자의 산란반사에 의한 백색, 파장과 같은 정도의 입자에 의한 단파광의 산란 때문에 생기는 틴달 산란광(청색), 겹쳐진 박막과 능의 반사로 생기는 간섭색(무지개색), 빽빽이 늘어선 가는 선에 의한 회절색 등 4종류가 알려져 있으며, 두 요소가 합쳐진 빛깔의 형은 나비 등의 금록색 날개 등에서 볼 수 있습니다.이중에 공작 깃털은 주로 미세한 주름에 의한 회절색이라 할 수 있습니다. 구조색을 띠는 섬유가 개발 중이며 구조색의 경우 주름 사이로 물이 들어가면 구조색이 없어집니다. 구조색을 띠는 섬유로 수영복을 만들 었을때 물에 들어가는 순간 비닐처럼 투명한 옷으로 바뀔 수도 있습니다.
이것의 구조색을 전자현미경으로 확대해 보면 마치 기와를 얹은 것처럼 규칙적인 배열이 나타나는데 여기에 빛을 비추면 특정파장의 빛만 반사되고 나머지는 통과한다. 이런 기하학적인 형태를 광구조(photonic structure)라 합니다. 그리고 광구조가 규칙적인 배열을 가지고 3차원으로 펼쳐진 모습을 광결정이라 부릅니다.물질의 광학적인 성질을 이용할 수 있는 구조를 가지고 있거나 구조를 갖도록 만들어낸 물질을 광결정(Photonic Crystal)이라고 한다. 그 예로 가장 많이 드는 것이 바로 남미의 열대림에서 서식하는 몰포(Morpho)나비이다. 이 몰포 나비의 날개에는 파란 색소가 존재하지 않는다. 날개의 표면구조의 특이성 때문에 날개가 파란색 파장의 빛을 반사하는 것이다. 색소가 없이 색깔을 내는 것을 구조색(Structural Color)이라고 부른다. 자연에서는 몰포나비 외에도 많은 광구조를 가지고 있는 생물들이 존재한다. 양치류 식물로 셀라기넬라의 경우는 잎 표면이 다층구조로 되어있다. 오팔도 광구조가 3차원으로 배열되어 있으며 딱정벌레 같은 경우도 광구조를 가지고 있다.
물질의 광학적인 성질은 화학적, 전기적 성질보다 더 각광을 받는 이유는 현대 사회의 특성 때문이라고 한다. 정보의 속도가 중요한 정보화 사회에서 빛을 이용한 광결정 구조를 갖는 물질의 활용은 정보의 처리와 전달에 있어서 획기적인 발전을 의미한다.
2. 광결정(Photonic Crystal)의 원리
-Photonic Crystal : 광결정이라는 것은 빛의 파장과 비슷한 길이의 격자 주기를 갖는 물질이다. 일반적으로 물체의 ‘색’은 그 물체에 도달하는 가시광선 중에서 반사되는 빛의 파장의 색깔이라고 할 수 있다. 가시광선은 여러 개의 파장으로 구성되어 있다. 모든 파장의 빛이 함께 있을 때에 가시광선은 밝고 투명한 색이다. 위에서 언급한 몰포나비의 경우 나비의 표면에 입사하는 빛이 다층구조로 구성된 나비날개의 표면에서 보강간섭과 상쇄간섭을 일으킨다. 이와 같은 간섭을 일으키는 이유는 빛이 입자이면서 동시에 파동의 성질을 가지기 때문이다. 이때 상쇄간섭을 일으키는 파장의 빛은 소멸되고 보강간섭을 일으키는 파장의 빛은 반사된다. 이 반사되는 빛이 파란색이기 때문에 몰포나비의 날개가 파란색으로 보이는 것이다. 이러한 구조색은 색소가 아닌 구조로 인한 색이기 때문에 구조의 변화에 따라 색이 변할 수밖에 없다. 따라서 나비의 색은 보는 각도와 빛의 입사각에 따라 다른 빛을 보인다.
②Photonic Band Gap(광 밴드 갭) :
광결정의 특성은 바로 Photon Band Gap에서 나온다고 할 수 있다. 원래 Band라는 개념은 반도체 쪽에서 쓰이는 용어라고 한다. electronic band structure가 바로 그것인데 여기서 band gap은 에너지 band가 존재할 수 없고 전자가 투과하지 못하는 영역을 의미한다. 이와 같이 빛의 영역에서도 band gap이 존재할 수 있다는 주장이 제기되었고 이를 1991년 ‘Eli Yablonovitch group’이 증명하고 실제 photonic band gap crystal을
