중국 칭화대학의 전자 엔지니어과 황이둥(黄翊东) 교수팀원 류팡(刘仿) 부교수가 이끄는 연구진이 통합 자유전자 광원(Integrated free electron light source) 반도체를 선보였다. 이는 전 세계에서 처음 선보여진 ‘무역치 체렌코프 복사(No threshold Cherenkov radiation)’로서, 중국 과학자가 핵심 이론에 대한 돌파구를 마련해 자유전자 레이저 소형화에 진전을 가속화한 것으로 평가된다. 관련 연구논문이 최근 국제적인 저명 학술지 ‘네이처 포토닉스(nature photonics)’에 실렸다.

▲중국 칭화대 연구팀이 통합 자유전자 광원 반도체를 선보이고 반도체 연구의 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받았다. /칭화대 제공

체렌코프 복사 현상은 1934년 처음으로 반양성자(antiproton)와 중성미자 진동(neutrino oscillation) 등 기본 입자의 발견 과정에서 핵심 작용을 한다는 점이 발견됐다. 또 자유전자 레이저 광원의 유효한 경로 역할을 한다. 자유전자 레이저의 파장이 짧고 전력 효율이 높으면서 파장을 조절할 수 있다는 특징 등으로 인해 응집물질물리학(condensed matter physics)과 반(反)유도탄 레이저 무기 및 레이더와 플라즈마 진단 등 분야에 쓰일 수 있을 것이란 기대가 높았다. 기초물리, 국방 및 군사와 바이오 의료, 정보과학 등 영역에서 중요한 응용 가치를 지녔다는 분석이다.

최근까지 생산된 광파 체렌코프 복사의 최소 전자 에너지는 최소 2만 전자 볼트를 필요로 했으며 대형 전자 가속 장비가 있어야 작동할 수 있었다.

이번 실험 결과는 기존의 자유전자 광원이 필요로 했던 대형 전자 가속기 방식을 완전히 뒤집는 것으로 반도체 관점에서 비행 전자 및 마이크로 나노 구조의 연관작용을 연구하는데 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가되고 있다.