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한양대 함동효 교수와 미국 로스앨러모스 국립연구소의 Victor I. Klimov 연구팀이 저임계 조건에서도 작동 가능한 양자점 레이저 기술을 개발했다.

양자점(Quantum Dots)은 크기에 따라 빛의 색을 조절할 수 있고 용액 공정이 가능한 나노 반도체 소재로, 차세대 디스플레이, 광센서, 광통신 등 다양한 광전자 기술에 활용될 수 있는 차세대 광소재로 주목받고 있다. 그러나 기존의 양자점 레이저는 Auger 재결합이라는 현상 때문에 빛을 내는 시간이 매우 짧아, 초고출력 펨토초 레이저와 같은 특수 장비로만 구동이 가능하다는 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 반도체 층을 정밀하게 설계한 특수한 구조의 양자점을 개발했다. 이를 통해 수 나노초 수준의 긴 광이득(optical gain) 수명과 높은 광이득 계수를 동시에 확보하는 데 성공했다. 이러한 특성을 바탕으로 연구팀은 레이저 다이오드를 이용한 quasi-continuous-wave 구동 조건에서도 양자점 레이저 발진을 구현하는 데 성공했다. 실험 결과, 77 K에서는 약 560 W cm⁻², 상온에서는 약 3.6 kW cm⁻² 수준의 비교적 낮은 펌프 세기에서 레이저 발진이 관측되었다. 이는 기존 양자점 레이저에 비해 크게 낮은 임계값으로, 일반적인 상용 광원으로도 구동 가능할 수준이라는 점에서 의미가 있다.

연구팀은 이번 연구가 저비용 레이저 다이오드나 LED로 구동 가능한 차세대 양자점 레이저 개발의 기반 기술이 될 것으로 기대하고 있다. 이러한 기술은 향후 온칩 광통신, 광센서, 디스플레이, 광집적 소자 등 다양한 분야에서 활용될 가능성이 있다. 이번 연구 결과는 광전자 분야의 권위 있는 국제 학술지 『Nature Photonics』(2026년 2월)에 게재되었다. 해당 논문에는 함동효 교수가 제1저자 Victor I. Klimov 박사가 교신저자로 참여하였다.

논문 제목: Low-threshold lasing from colloidal quantum dots under quasi-continuous-wave excitation