한양대 ERICA 심상완 교수팀, 초고속 타겟 선택적 빛 신호 제어기술 개발

'빛: 과학과 응용 (Light: Science ＆ Applications)' 게재

[서울=뉴시스] (왼쪽부터) 한양대 심상완 교수 (교신저자), 한양대 석상호 연구원 (공동1저자), 한국기초과학지원연구원 나상희 박사 (공동1저자), 노팅엄 대학교 무하마드 사자드 교수 (공동1저자), 한양대 서성복 연구원 (공동1저자) (사진=한양대 ERICA 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박지은 인턴 기자 = 한양대 ERICA 전자공학부 심상완 교수팀이 한국기초과학지원연구원 및 노팅엄 대학교와의 공동연구를 통해 고도의 선택성을 갖는 초고속 빛 제어 기술을 개발했다.

해당 기술은 네이처에서 발간하는 세계 권위의 국제학술지 '빛: 과학과 응용 (Light: Science ＆ Applications, SCI 상위 2.5％, 영향력지수 20.6)'에 게재됐다.

최근 인공지능(AI) 기술이 급격히 고도화됨에 따라, 가까운 미래에는 컴퓨터가 처리해야 할 데이터의 양이 더욱 폭증할 것으로 예상된다.

그러나 현재 사용하는 반도체 전자소자 기반의 기술만으로는 이러한 요구을 충족시키기 어렵다.

이는 반도체에서 전자가 갖는 근본적인 동작 속도의 한계 때문이다.

과학자들은 이러한 한계를 극복하기 위해 빛을 이용한 정보기술 연구에 집중해왔다.

현재는 광학적 칩 상호연결 (optical chip interconnects), 광학계산 (optical computing), 레이저 기반 양자컴퓨팅, 광-뉴로모픽스 등 다양한 관련 광학분야 연구 경쟁이 치열한 실정이다.

빛에 기반한 정보와 데이터는 주파수와 편광 (빛의 진동 방향) 등 다양한 요소를 통해 구분된다.

따라서 이러한 특정 요소를 타겟으로 해 빛을 선별적으로 제어하는 기술이 필수적으로 요구된다.

또한 대량의 데이터 처리를 위한 초고속 동작도 핵심 요소이다.

그러나 이러한 기술의 개발은 여러 난관에 봉착해 있다.

심상완 교수팀은 준1차원 나노결정에 압축 변형을 가하는 획기적인 방식을 통해 선택적·초고속 빛 제어 기술의 돌파구를 마련했다.

[서울=뉴시스] 10조분의 1초 스케일에서 이루어지는 빛 신호 제어 예시 (사진=한양대 ERICA 제공) *재판매 및 DB 금지

연구팀은 먼저 길쭉한 수염모양 결정을 갖는 '지르코늄 트라이셀레나이드'라는 준1차원 나노소재를 페트(PET)판 위에 붙인 후, 여기에 극초단 레이저 펄스를 주입해 '엑시톤(전자와 정공 쌍으로 만들어진 준입자)'과 빛의 상호작용을 유도하고, 이를 이용해 10조분의 1초 스케일로 광신호를 제어했다.

여기에 유연한 페트(PET)소재 기판을 구부림으로써 지르코늄 트라이셀레나이드 결정에 압축 변형을 인가했고, 이를 통해 특정 진동 방향을 갖는 빛을 선택적으로 변조하는 기술을 달성했다.

연구팀은 이론적 분석을 통해 압축 변형에 의해 나노결정을 구성하는 원자 사이의 간격이 변형돼 전자와 정공의 에너지도 함께 변화하고, 이것이 특정 방향으로 나열된 엑시톤의 성질을 함께 변조함으로써 타겟 선택적 빛 제어가 가능해짐을 밝혔다.

연구팀은 "이번 연구 성과는 극초단 시간에서 초고도의 정밀성을 가지고 광신호를 선택적으로 제어할 수 있는 원천기술을 제공하며, 이는 대량의 데이터 처리가 필요한 AI 소자 및 광학칩연결, 레이저 기반 양자컴퓨팅 등 다양한 빛 기반 기술의 새로운 길을 열어줄 것" 이라며 기대감을 나타냈다.

이번 연구는 한양대 심상완 교수가 교신저자로 연구를 이끌었으며, 한양대 석상호 박사과정생, 한국기초과학지원연구원 나상희 박사, 노팅엄 대학교의 무하마드 사자드 교수, 한양대 서성복 박사과정생이 공동 1저자로 참여했다.

본 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업, BK21 고신뢰성 에너지용 지능형시스템반도체교육연구단, 한국연구재단 바이오데이터 품질선도센터사업, 한국기초과학지원연구원 R&D사업의 지원을 받아 수행됐다.


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