기가헤르츠보다 100만배 빠른 페타헤르츠 시대 연다

이재동 교수. DGIST 연구팀이 기존 기가헤르츠(GHz) 속도 반도체전자공학보다 100만배 빠른 페타헤르츠(PHz) 부도체전자공학 시대를 열 새로운 이론을 내놨다.

DGIST는 신물질과학전공 이재동 교수 연구팀이 빛의 파동성을 이용한 극고속 페타헤르츠 전자소자의 양자역학적 원천 개념을 세계 최초로 학계에 제안했다고 5일 밝혔다.

연구에는 윤원석 박사, 박노정 UNIST 교수가 참여했다.

부도체에 고강도 레이저 펄스를 가할 때 흐르는 전류는 빛의 파동성에 의해 페타헤르츠 시간 스케일의 전기장 진동을 그대로 따라간다.

이는 기존 기가헤르츠 반도체전자공학보다 100만배 정도 빠르다고 알려졌다.

하지만 극고속으로 움직이는 부도체 내 페타헤르츠 전류를 정보 전달과 신호 처리에 활용할 수 있는 소자로 개발하는 연구는 지금까지 진행되지 않았다.

연구팀은 반도체전자공학에서 P형 반도체와 N형 반도체를 결합한 소자와 비슷한개념의 LHM 부도체(Low-Hole-Mass, 홀의 질량이 전자의 질량보다 가벼운 부도체)와 LEM 부도체(Low-Electron-Mass, 전자의 질량이 홀의 질량보다 가벼운 부도체)를 이종접합한 구조체로 이뤄진 새로운 개념의 전자소자를 제안했다.

LHM-LEM 전자소자가 빛의 파동성에 의한 페타헤르츠 전류를 이용해 정보 전달과신호 처리를 하는 것이 가능해져 극고속 페타헤르츠 전자공학을 여는 양자역학적 원천 개념을 창안할 수 있었다.

이 교수는 “이번 연구는 기존 반도체전자공학보다 100만배 이상 빠른 극고속 페타헤르츠 부도체전자공학을 가능하게 하는 최초의 원천 연구다”며 “컴퓨터, 휴대전화, 디스플레이 등 IT 기기 성능을 획기적으로 향상시킬 단초를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 미국 물리학회가 발행하는 물리학 분야 세계 최고의 권위지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 3일자 온라인판에 실렸다.

대구=문종규 기자 [e-mail]