촉매 나노다이오드의 성능에서 NP(나노입자) 유도 캐리어 손실(carrier losses)의 역할이 검토되었다. 이러한 결과는 뜨거운 전자(hot electron) 검출 효율을 이해하는 데 기여하고, 향상된 뜨거운 캐리어 흐름(hot carrier flow)과 촉매 활성을 갖는 나노다이오드를 설계하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

내부 광방출(Internal photoemission, IPE)은 대폭 밴드갭 반도체 재료를 사용하여 근적외선 파장에서 서브밴드갭 광검출을 구현할 수 있는 유망한 현상이다. 실리콘 기반 서브밴드갭 쇼트키 장벽 포토디텍터(SBPDs)에서 광자-전자 전환 효율을 향상시키기 위해, 선행 연구들은 주로 전기장을 강화하고 광학적 흡수를 증가시키기 위한 수 nm 이하의 나노구조에 초점을 맞춰 왔다. 그러나 본 연구는 기존 접근법과는 다른 방식으로, 뜨거운 캐리어 수송 과정을 정량적으로 설명할 수 있는 엄밀한 양자 효율 분석 프레임워크를 이론적으로 및 실험적으로 제시한다. 뜨거운 캐리어 손실 메커니즘 분석으로부터 도출된 설계 원칙에 따라, 우리는 패턴이 없는 박막 SBPD를 실험적으로 구현하였으며, 이는 기존의 나노구조화 SBPD의 성능을 능가하여 외부 양자 효율 10–3을 초과하였다. 본 연구는 광학적 흡수와 뜨거운 캐리어 생성이 전체 IPE 과정의 일부만을 담당하며, 다른 수송 메커니즘도 전체적 관점에서 신중히 고려되어야 함을 보여 주며, 정량적 양자 효율 분석의 중요성을 시사한다.

비결정적 다항시간(non-deterministic polynomial-class) 문제를 해결하기 위한 신뢰할 수 있는 이징(Ising) 머신을 찾는 일은 최근 수년간 큰 관심을 받아 왔으며, 정통한 시스템은 다항식 규모의 자원을 확장하여 이징 해밀토니안의 바닥상태(ground state)를 찾을 수 있다. 본 논문에서는 새로운 향상된 대칭성 깨짐(enhanced symmetry breaking) 메커니즘과 매우 비선형적인 기계적 커 Kerr 효과를 기반으로 한, 극저전력(optomechanical) 코히런트 이징 머신을 제안한다. 광학 구배력(optical gradient force)에 의해 유도된 옵토기계 구동기의 기계적 운동은 몇 자릿수에 이르는 수준으로 비선형성을 크게 증가시키며, 광자 집적 회로(photonic integrated circuit) 플랫폼을 통해 제작 가능하도록 하는 기존의 구조를 사용함으로써 전력 임계치를 유의미하게 낮춘다. 단순하지만 강력한 분기(bifurcation) 메커니즘과 현저하게 낮은 전력 요구조건을 바탕으로, 본 옵토기계 스핀 모델은 높은 안정성을 갖춘 대규모 이징 머신 구현의 칩 스케일(chip-scale) 집적화를 위한 경로를 연다.

창호용 수동 다층 코팅은 실내 온도 조절을 위한 에너지 소비를 개선할 가능성이 있다. 해당 코팅은 가시광 투과성(400–700 nm)을 유지하면서 태양의 IR 에너지(800–2500 nm)를 차단하여 건물 또는 차량 내부의 원치 않는 가열을 방지해야 한다. 또한 과도한 가열을 방지하기 위해 열 에너지를 효율적으로 방사해야 한다. 태양 에너지 관리와 방사 냉각 기법은 각각 개별적으로 연구되어 왔으나, 두 기술을 결합한 투명 방사 냉각기는 비교적 최근에야 등장하였다. 본 연구는 평면 하이퍼볼릭 메타물질과 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)의 균일한 층을 조합하여, 가시 투과율(>60%), IR 반사율(>89%), 열 방사율(>95%)이 높은 투명 방사 냉각 윈도우를 이론적으로 그리고 실험적으로 시연한다. 주간 온도 실험 결과, 냉각 윈도우는 실내 온도를 최대 7 °C까지 효율적으로 낮추는 것으로 확인되었다.

격자 결합기(grating couplers, GCs)는 광섬유로부터 포토닉 칩으로 빛을 결합하는 과정의 핵심 기반이다. 본 논문에서는 Si₃N₄-on-SOI 플랫폼에서 격자 결합기(GC)를 설계하고 시뮬레이션하였다. 제안된 설계는 340 nm 두께의 실리콘-온-절연체(SOI) 위에 공기로 채운 완전 식각(full etch) 격자로 구현하기 위해 두께 700 nm의 Si3N4 격자층을 사용한다. 단일 모드 광섬유와 단방향 단일 GC 웨이기드 간의 모드 위상 정합(mode phase matching)을 네 가지 서로 다른 파장 대역에 대해 조사하였다. 시뮬레이션된 결합 효율(CE)의 피크값은 근적외선, C-밴드, O-밴드, L-밴드의 네 가지 파장 대역에서, 340 nm 두께 SOI 플랫폼 위에 700 nm 두께 Si3N4를 단일 완전 식각으로 구성하는 조건에서 듀티 사이클(DC)과 격자 주기(GP)가 일정할 때 얻었다. 또한 Si₃N₄-on-SOI 플랫폼에서 파장(λ) 810 nm, 1305 nm, 1550 nm, 1583 nm에 대한 시뮬레이션된 결합 효율(CE) 피크값을 도출하였다. 제안된 GC 설계 시뮬레이션은 격자 주기(GP), 듀티 사이클(DC), 입사각에 대한 제작 공차(fabrication tolerance)가 양호함을 보여주었다. 설계는 또한 Si3N4 플랫폼과의 비교를 위해, Si 및 Si₃N₄의 두께를 각각 220 nm와 700 nm로 한 SOI 및 Si3N4 플랫폼과 비교하였다. SOI 및 Si3N4 플랫폼에서의 결합 효율(CE) 피크값은 각각 -6.19 dB, -7.08 dB로 산출되었다.

우리는 자유스펙트럼범위가 1 테라헤르츠인 실리콘 나이트라이드 마이크로공진기에서 2 m ~mathrm{m} 펌프를 사용하여 중적외선 주파수 빗을 시연한다. 이 빗은 200 nm에 걸쳐 형성되며 10 dB 소광을 보이고, 이를 통해 효율적인 비선형 변환이 가능하다.

플라즈모닉 고온 캐리어(plasmonic hot carriers)는 태양전지 및 광촉매 분야에서 상당한 주목을 받아 왔으나, 동시에 양(positive) 및 음(negative) 극성의 고온 캐리어를 모두 수확(harvesting)하는 문제로 인해 그 잠재력은 제한되어 있다. 여기서는 두 유형의 고온 캐리어를 동시에 추출할 수 있는 전례 없는 플라즈모닉 고온 캐리어 소장치(device)를 시연한다. 본 설계는 Ag 나노프리즘(Ag nanoprisms)과 결합된 측방(lateral) Si p-n 접합 다이오드(lateral Si p-n junction diode)를 이용하여 플라즈모닉 고온 전자 및 정공(holes)을 동시에 생성하고 이를 동시에 수확(harnessing)하는 방식을 포함한다. 실험 결과와 수치해석 결과는 기판으로의 각 유형 고온 캐리어의 주입 확률(injection probabilities)이 서로 다르다는 데서 기인하여, 플라즈모닉 고온 캐리어의 생성 및 주입을 정밀하게 제어할 수 있음을 함께 보여준다. 양극(bipolar) 플라즈모닉 포토디텍터는 단일 극성 고온 캐리어를 활용하는 플라즈모닉 소자에 비해 우수한 성능을 나타내며, 이는 다이오드의 광전도성(photoconductivity) 특성에 플라즈모닉 고온 캐리어가 동시에 참여하기 때문인 것으로 설명된다. 이러한 양극성 고온 캐리어의 수확 전략은, 현저하게 향상된 광전도성과 고온 캐리어의 유연한 활용을 제공함으로써 향후 플라즈모닉 응용의 합리적 설계를 위한 길을 열어줄 것으로 기대된다.

촉매 나노다이오드의 성능에서 NP(나노입자) 유도 캐리어 손실(carrier losses)의 역할이 검토되었다. 이러한 결과는 뜨거운 전자(hot electron) 검출 효율을 이해하는 데 기여하고, 향상된 뜨거운 캐리어 흐름(hot carrier flow)과 촉매 활성을 갖는 나노다이오드를 설계하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

내부 광방출(Internal photoemission, IPE)은 대폭 밴드갭 반도체 재료를 사용하여 근적외선 파장에서 서브밴드갭 광검출을 구현할 수 있는 유망한 현상이다. 실리콘 기반 서브밴드갭 쇼트키 장벽 포토디텍터(SBPDs)에서 광자-전자 전환 효율을 향상시키기 위해, 선행 연구들은 주로 전기장을 강화하고 광학적 흡수를 증가시키기 위한 수 nm 이하의 나노구조에 초점을 맞춰 왔다. 그러나 본 연구는 기존 접근법과는 다른 방식으로, 뜨거운 캐리어 수송 과정을 정량적으로 설명할 수 있는 엄밀한 양자 효율 분석 프레임워크를 이론적으로 및 실험적으로 제시한다. 뜨거운 캐리어 손실 메커니즘 분석으로부터 도출된 설계 원칙에 따라, 우리는 패턴이 없는 박막 SBPD를 실험적으로 구현하였으며, 이는 기존의 나노구조화 SBPD의 성능을 능가하여 외부 양자 효율 10–3을 초과하였다. 본 연구는 광학적 흡수와 뜨거운 캐리어 생성이 전체 IPE 과정의 일부만을 담당하며, 다른 수송 메커니즘도 전체적 관점에서 신중히 고려되어야 함을 보여 주며, 정량적 양자 효율 분석의 중요성을 시사한다.

비결정적 다항시간(non-deterministic polynomial-class) 문제를 해결하기 위한 신뢰할 수 있는 이징(Ising) 머신을 찾는 일은 최근 수년간 큰 관심을 받아 왔으며, 정통한 시스템은 다항식 규모의 자원을 확장하여 이징 해밀토니안의 바닥상태(ground state)를 찾을 수 있다. 본 논문에서는 새로운 향상된 대칭성 깨짐(enhanced symmetry breaking) 메커니즘과 매우 비선형적인 기계적 커 Kerr 효과를 기반으로 한, 극저전력(optomechanical) 코히런트 이징 머신을 제안한다. 광학 구배력(optical gradient force)에 의해 유도된 옵토기계 구동기의 기계적 운동은 몇 자릿수에 이르는 수준으로 비선형성을 크게 증가시키며, 광자 집적 회로(photonic integrated circuit) 플랫폼을 통해 제작 가능하도록 하는 기존의 구조를 사용함으로써 전력 임계치를 유의미하게 낮춘다. 단순하지만 강력한 분기(bifurcation) 메커니즘과 현저하게 낮은 전력 요구조건을 바탕으로, 본 옵토기계 스핀 모델은 높은 안정성을 갖춘 대규모 이징 머신 구현의 칩 스케일(chip-scale) 집적화를 위한 경로를 연다.