이 연구 주제는 금속 나노구조와 저차원 탄소 물질에서 초단 레이저를 조사했을 때 나타나는 전자 방출 현상과 그 시간적·공간적 제어를 다룬다. 연구실은 펨토초 및 아토초 수준의 초고속 광장을 이용해 전자가 어떻게 표면에서 방출되고 가속되는지 규명하며, 특히 나노구조의 국소 전기장 증강이 전자 방출 효율과 에너지 분포에 미치는 영향을 중점적으로 분석한다. 이는 기존의 벌크 광학으로는 접근하기 어려운 극한 비평형 전자 동역학을 이해하는 데 중요한 기반이 된다. 세부적으로는 금속 나노팁, 나노로드, 보우타이 안테나, 그래핀, 탄소나노튜브와 같은 구조에서 강전장 광전자 방출과 터널링 방출을 연구한다. 반송파-포락선 위상 제어, 이색광 조사, 테라헤르츠장 결합, 파동묶음 제어 등의 방법을 통해 전자 방출의 수율, 방향성, 에너지 폭을 정밀하게 조절하는 접근이 핵심이다. 이러한 연구는 단순한 광응답 측정을 넘어, 빛-전자 상호작용의 비선형성과 코히런스 제어를 실험적으로 구현하는 데 의미가 있다. 응용 측면에서는 초고속 전자원, 나노스케일 전자빔 발생기, 차세대 광전자 소자, 초고속 이미징 기술로의 확장이 기대된다. 특히 좁은 에너지 대역폭을 갖는 전자 펄스 생성은 시간분해 현미경과 전자 회절, 고속 센싱 장치에 유리하며, 저차원 물질의 밴드구조 제어와 결합될 경우 광유도 전자 소자의 새로운 설계 원리를 제공할 수 있다. 연구실의 관련 논문과 학술발표는 이러한 분야에서 국제적으로 경쟁력 있는 핵심 역량을 보여준다.

이 연구 주제는 나노광학 구조에서 나타나는 표면 플라즈몬 공명과 비정상적인 유효 광학상수를 활용해 빛의 거동을 정밀하게 설계하는 데 초점을 둔다. 연구실은 금속 나노구조와 하이브리드 유무기 나노재료에서 발생하는 국소 표면 플라즈몬 공명을 분석하고, 이를 통해 일반적인 광학 재료와 구별되는 집단적 광응답을 구현하고자 한다. 특히 나노구조의 형상, 조성, 도핑 상태에 따라 공명 파장과 전자기장 분포가 어떻게 달라지는지 체계적으로 규명한다. 대표적으로 금속-전도성 고분자 나노로드에서 표면 플라즈몬 공명의 확장 현상을 연구하고, 도펀트와 전하 분포가 공명 특성의 적색 이동 및 전기장 증강에 미치는 영향을 살핀다. 더 나아가 제로 굴절률 및 제로 유전율 물질의 발현 메커니즘을 전자 동역학 관점에서 해석하고, 가시광 영역에서 작동하는 기능성 NZI/ENZ 물질을 발굴하는 방향으로 연구를 확장하고 있다. 이는 광파의 위상 변화, 빛의 집속, 서브파장 이미징, 장 증강과 같은 특성을 제어하는 데 매우 중요하다. 이러한 연구는 고감도 광센서, 광집속 소자, 초소형 광회로, 메타광학 소자 개발로 이어질 수 있다. 또한 특정 파장에서의 선택적 응답과 높은 장 증강을 활용하면 분광, 생체분석, 환경오염 물질 탐지, 광에너지 변환 등 다양한 산업 응용이 가능하다. 연구실의 적외선 다중분광 현미경, 근접장 광학 현미경 관련 연구와 특허는 플라즈모닉 나노광학이 실제 측정 플랫폼과 이미징 기술로 연결되고 있음을 보여준다.

이 연구 주제는 자유공간 광통신과 양자정보 전달을 위한 경량형 광학 플랫폼 개발에 초점을 맞춘다. 연구실은 무인기에 탑재 가능한 소형·경량 양자 얽힘 광원과 정밀 빔트래킹 기술을 결합하여, 이동형 환경에서도 안정적으로 양자 광신호를 송수신할 수 있는 무선 양자 중계 시스템을 구현하고자 한다. 이는 고정된 실험실 환경을 넘어 실제 운용 가능한 양자 네트워크로 확장하는 데 필수적인 연구이다. 핵심 기술은 편광 얽힘 광원의 소형화, 광빔 조향 및 추적, 수신부 정렬 최적화, 광신호 강도 기반 위치 보정 알고리즘 등으로 구성된다. 관련 특허에서도 확인되듯이 연구실은 송신 광경로를 능동적으로 제어하고 수신된 광신호 데이터를 이용해 최적 추적 정보를 도출하는 시스템을 개발하고 있다. 이러한 접근은 자유공간 환경에서 발생하는 흔들림, 오정렬, 거리 변화, 외란 문제를 줄이고 안정적인 광링크를 유지하는 데 매우 중요하다. 응용 가능성은 양자암호통신, 재난·국방용 보안통신, 이동형 양자 네트워크, 장거리 광링크 확장 등으로 매우 넓다. 특히 무인기 기반 플랫폼은 산악지형, 도서지역, 재난 현장처럼 유선 인프라 구축이 어려운 환경에서 유연한 양자 중계 노드로 활용될 수 있다. 연구실은 광과학과 나노광학에서 축적한 정밀 광제어 역량을 바탕으로, 기초 광물리와 실용형 양자통신 기술을 연결하는 융합 연구를 수행하고 있다.