본 연구실은 초고속 광전자 분광학을 활용하여 2차원 소재의 광학적, 전자적 특성을 심층적으로 분석하고 있습니다. 특히, 펨토초 레이저를 이용한 초고속 트랜지언트 흡수 분광법을 통해 전자와 엑시톤의 동역학을 실시간으로 관찰하며, 이 과정에서 나타나는 다양한 비평형 현상과 상호작용을 규명합니다. 이러한 연구는 기존의 평면 대칭을 갖는 소재와 달리, 낮은 대칭성을 지닌 이방성 2차원 소재(예: ReS2, PtSe2, ZrTe5 등)에서 더욱 두드러진 광학적 이방성과 편광 의존적 현상을 이해하는 데 중점을 두고 있습니다. 이방성 2차원 소재는 결정 구조의 방향성에 따라 광학적 응답이 달라지며, 이는 편광 선택적 광변조, 방향 의존적 캐리어 확산, 그리고 광유도 대칭 전환 등 다양한 초고속 현상으로 이어집니다. 연구실에서는 이러한 소재의 구조적 특성, 선형 및 비선형 광학 특성, 그리고 엑시톤 및 캐리어의 초고속 동역학을 체계적으로 분석하여, 물리적 원리와 응용 가능성을 동시에 탐구합니다. 특히, 편광에 따라 달라지는 광학적 응답을 정량적으로 측정하고, 이론적 모델링과 실험 결과를 결합하여 새로운 광전자 소자의 설계 원리를 제시합니다. 이러한 연구는 차세대 초고속 나노포토닉스 및 광전자 소자 개발에 필수적인 기반 지식을 제공합니다. 또한, 이방성 2차원 소재의 독특한 광학적 특성을 활용한 초고속 광변조, 듀얼밴드 선택적 광스위칭, 그리고 방향 제어형 광신호 처리 등 다양한 응용 분야로의 확장이 기대됩니다. 본 연구실의 성과는 국제적으로도 높은 평가를 받고 있으며, 관련 논문과 특허, 그리고 산학협력 프로젝트를 통해 실질적인 기술 혁신을 선도하고 있습니다.

연구실은 편광 제어를 통한 초고속 광변조 기술과 테라헤르츠(THz) 플라즈모닉스 분야에서도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 편광에 민감한 이방성 2차원 소재(예: TlSe, TiS3, ZrSe3 등)를 이용하여, 가시광 및 근적외선 영역에서 듀얼밴드 선택적 광변조를 구현하고 있습니다. 이러한 소재들은 서로 직교하는 편광에 따라 광학적 응답이 극명하게 달라지며, 이를 활용해 전기적 바이어스 없이도 초고속, 고효율의 광스위칭 및 변조가 가능합니다. 연구실은 또한 위상절연체와 같은 특이한 전자 구조를 지닌 소재를 활용하여, 테라헤르츠 영역에서의 플라즈몬-포논 상호작용, 파노 공명, 그리고 표면 상태의 동역학을 정밀하게 제어하는 방법을 개발하고 있습니다. 초고속 광펄스와 테라헤르츠 펄스의 상호작용을 통해, 기존 금속이나 반도체 기반 소자에서 달성하기 어려웠던 초고도의 변조율과 빠른 응답 속도를 실현하였습니다. 이러한 연구는 테라헤르츠 통신, 초고속 광신호 처리, 그리고 양자 정보 소자 등 다양한 첨단 응용 분야로의 확장성을 지니고 있습니다. 편광 기반 광변조 및 테라헤르츠 플라즈모닉스 연구는 이론적 모델링, 소재 합성, 소자 제작, 그리고 실험적 검증을 아우르는 융합적 접근을 통해 이루어집니다. 본 연구실은 관련 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 실질적인 기술 이전과 산업적 응용을 추진하고 있으며, 국내외 학회 및 저명 학술지에 다수의 연구 결과를 발표함으로써 해당 분야의 학문적·기술적 발전을 주도하고 있습니다.