서강대학교(총장 심종혁) 물리학과 장준익 교수 연구팀(제1저자 신승한 석박사통합과정, 남서현 석사)은 2차원 할라이드 페로브스카이트 소재에서 이광자 공명 라만 산란 현상을 관측했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다.

이번 연구는 연세대 연구팀과 공동으로 수행됐으며, 한국연구재단 지원을 받아 진행됐다.

연구팀은 차세대 반도체 소재로 주목받는 2차원 페로브스카이트 (PEA)₂PbI₄에서 두 개의 광자가 동시에 상호작용하는 비선형 광학 현상을 확인했다. 이 과정에서 ‘쌍엑시톤’ 상태를 거쳐 기존과 다른 파장의 빛이 생성되는 특성이 나타났다.

연구팀은 해당 현상이 나타나는 조건인 빛의 세기, 온도 범위, 편광 조건 등을 체계적으로 규명했다.

기존에는 염화구리, 브롬화구리 등 일부 반도체에서 극저온 환경에서만 이 현상이 관측됐다. 그러나 이번 연구에서는 약 영하 183℃ 수준의 액체질소 온도에서도 구현이 가능함을 확인했다.

이는 해당 소재가 강한 비선형 광학 특성을 지니고 있음을 보여주는 결과다. 연구팀은 이를 기반으로 정밀 광신호 처리와 양자 광통신, 광소자 분야로의 응용 가능성을 제시했다.

또한 소재를 브롬계나 염소계 페로브스카이트로 확장할 경우 더 높은 온도에서도 동일 현상을 구현할 수 있을 것으로 전망했다.

장준익 교수는 “2차원 페로브스카이트 기반 비선형 광학 현상을 실험적으로 확인한 연구”라며 “향후 상온에서 동작하는 양자 광학 소자 개발로 이어질 가능성이 있다”고 말했다.