기가 보다 100만배 빠른 페타 시대

기가 보다 100만배 빠른 페타 시대

 

기존 기가 헤르츠(GHz) 속도의 반도체 전자 공학 보다 100만배 빠른 페타 헤르츠(PHz) 부도체 전자 공학 시대를 열게 될 새로운 이론이 제시되었다. DGIST(대구과학기술원)는 신물질 과학 전공 이재동 교수 연구팀이 빛의 파동성을 이용한 극고속 페타 헤르츠 전자 소자의 양자 역학적 원천 개념을 세계 최초로 학계에 제안했다고 2016.01.04일 밝혔다. 연구에는 윤원석 박사, 박노정 UNIST 교수가 함께 참여했다.

 

부도체에 고강도 레이저 펄스를 가할 때 흐르는 전류는 빛의 파동성에 의해 페타 헤르츠 시간 스케일의 전기장 진동을 그대로 따라간다. 이는 기존 기가 헤르츠 반도체 전자 공학 보다 100만배 정도 빠르다고 알려졌다. 하지만, 극고속으로 움직이는 부도체 내의 페타 헤르츠 전류를 정보 전달과 신호 처리에 활용할 수 있는 소자로 개발하는 연구는 지금까지 진행되지 않았다.

 

연구팀은 반도체 전자 공학에서 P형 반도체와 N형 반도체를 결합한 소자와 비슷한 개념의 LHM 부도체(Low-Hole-Mass, 홀의 질량이 전자의 질량 보다 가벼운 부도체)와 LEM 부도체(Low-Electron-Mass, 전자의 질량이 홀의 질량 보다 가벼운 부도체)를 이종 접합한 구조체로 이뤄진 새로운 개념의 전자 소자를 제안했다.

LHM-LEM 전자 소자가 빛의 파동성에 의한 페타 헤르츠 전류를 이용해 정보 전달과 신호 처리를 하는 것이 가능해져서 극고속 페타 헤르츠 전자 공학을 여는 양자 역학적 원천 개념을 창안할 수 있었다. 이재동 교수는 "이번 연구는 기존 반도체 전자 공학 보다 100만배 이상 빠른 극고속 페타 헤르츠 부도체 전자 공학을 가능하게 하는 최초의 원천 연구이다"며, "컴퓨터, 휴대 전화, 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) 2016.01.03일자 온라인판에 실렸다.