저차원 물질, 특히 그래핀과 같은 2차원 소재를 기반으로 한 능동 나노광소자는 최근 광학 및 전자공학 분야에서 혁신적인 발전을 이끌고 있습니다. 본 연구실은 이러한 저차원 물질의 독특한 전자 및 광학적 특성을 활용하여, 기존의 한계를 뛰어넘는 초소형, 고효율 광소자 개발에 주력하고 있습니다. 예를 들어, 그래핀의 뛰어난 전기적 조절성을 이용해 전기적으로 광학적 특성을 실시간으로 제어할 수 있는 메타표면, 광변조기, 센서 등 다양한 소자를 연구하고 있습니다. 이러한 소자들은 플라즈모닉스, 메타물질, 전자 광학 등 첨단 분야의 근본적 연구를 바탕으로, 에너지 소자, 광집적회로, 바이오 이미징 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 특히, 나노스케일에서 빛과 물질의 상호작용을 정밀하게 제어함으로써, 기존 광학 소자보다 훨씬 작은 크기와 더 높은 집적도를 실현할 수 있습니다. 이를 통해 차세대 광통신, 이미징, 센싱, 에너지 변환 기술의 혁신을 주도하고 있습니다. 본 연구실의 연구는 이론적 모델링, 첨단 나노패브리케이션, 정밀 측정 및 실제 응용까지 전 과정을 아우르며, 국내외 유수의 학술지와 특허, 산학협력 프로젝트를 통해 그 우수성이 입증되고 있습니다. 앞으로도 저차원 물질 기반 능동 광소자의 한계를 지속적으로 확장하여, 미래 정보통신 및 융합기술의 핵심 기반을 마련하는 데 기여할 것입니다.

나노포토닉스는 나노미터 스케일에서 빛의 전파와 상호작용을 연구하는 분야로, 본 연구실은 역설계(inverse design) 기법을 적극적으로 도입하여 혁신적인 광소자 설계를 선도하고 있습니다. 역설계는 원하는 광학적 성능을 목표로, 인공지능, 딥러닝, 강화학습 등 첨단 계산 기법을 활용해 최적의 나노구조를 자동으로 도출하는 방법입니다. 이를 통해 기존의 경험적 설계 방식으로는 접근하기 어려웠던 초고효율, 초소형, 다기능 광소자를 개발하고 있습니다. 특히, CMOS 이미지 센서용 나노포토닉 컬러 라우터, 자유형태 메타표면, 빔 조향 메타렌즈 등 다양한 응용 분야에서 역설계 기반의 혁신적 성과를 내고 있습니다. 대규모 광소자 설계에서 발생하는 막대한 계산량 문제를 해결하기 위해, 본 연구실은 물리 기반 신경망, 강화학습, 전산 전자기학 시뮬레이터 등 다양한 계산 방법론을 개발 및 적용하고 있습니다. 이를 통해 설계 효율성과 실제 제작 가능성을 동시에 확보하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 고해상도 이미징, 초고속 통신, AR/VR, 자율주행 센서 등 첨단 산업 분야에 직접적으로 기여할 수 있으며, 국내외 산학협력 및 정부 과제를 통해 실용화 연구도 활발히 진행 중입니다. 앞으로도 나노포토닉스와 역설계 기술의 융합을 통해, 미래 광학기술의 패러다임을 변화시키는 데 앞장설 것입니다.

본 연구실은 나노스케일에서 빛과 물질의 상호작용, 특히 폴라리톤(빛과 물질의 집단적 진동이 결합된 준입자)의 근접장 특성 규명 및 제어에 중점을 두고 있습니다. 폴라리톤은 극한의 광장(光場) 집속과 긴 수명을 동시에 지녀, 나노광학, 센싱, 에너지 변환 등 다양한 분야에서 혁신적 응용이 가능합니다. 본 연구실은 2차원 반데르발스 물질, 메타물질, 금속 나노구조 등 다양한 플랫폼에서 폴라리톤의 생성, 전파, 감쇠 특성을 실험 및 이론적으로 연구하고 있습니다. 특히, 근접장 광학 현미경(s-SNOM) 등 첨단 측정기술을 활용하여, 기존의 회절 한계를 뛰어넘는 공간 해상도로 폴라리톤의 복잡한 전파 및 감쇠 현상을 정밀하게 분석합니다. 이를 통해, 폴라리톤의 밴드구조, 손실 메커니즘, 비국소적 상호작용 등 근본적 물리 현상을 규명하고, 나아가 실질적인 소자 설계에 반영하고 있습니다. 또한, 전기적, 광학적, 기계적 외부 자극을 활용한 폴라리톤의 능동 제어 기술도 개발 중입니다. 이러한 연구는 초고감도 센서, 초소형 광집적회로, 양자광학, 바이오 이미징 등 다양한 미래 기술의 기반이 되며, 국내외 학계 및 산업계와의 협력을 통해 실용화 가능성도 높이고 있습니다. 앞으로도 근접장 폴라리톤 연구를 통해, 나노광학 및 빛-물질 상호작용 분야의 새로운 지평을 열어갈 것입니다.