DGIST(총장 신성철) 연구팀이 기존 기가헤르츠(GHz) 속도의 반도체전자공학 보다 100만배 빠른 페타헤르츠(PHz) 부도체전자공학 시대를 열수 있는 새로운 이론을 학계에 제시했다.
DGIST 신물질과학전공 이재동 교수(사진)는 DGIST 윤원석 박사, UNIST 박노정 교수와 공동연구를 통해 빛의 파동성을 이용한 극고속 페타헤르츠 전자소자의 양자역학적 원천 개념을 최초로 제안했다고 4일 밝혔다.
부도체에 고강도 레이저 펄스를 가할 때 흐르는 전류는 빛의 파동성에 의해 페타헤르츠 시간 스케일의 전기장 진동을 그대로 따라가며 기존 기가헤르츠 반도체전자공학과 비교해 약 100만배 정도 빠른 극고속의 클락을 나타내는 것으로 알려져 있었다.
이때, 극고속으로 움직이는 부도체 내의 페타헤르츠 전류를 정보전달 및 신호처리에 활용할 수 있는 소자로 개발하는 연구는 지금까지 진행되지 않았다.
이 교수 연구팀은 반도체전자공학에서 P형 반도체와 N형반도체를 결합한 소자와 비슷한 개념의 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.
그 결과 LHM-LEM 전자소자는 빛의 파동성을 이용한 극고속 페타헤르츠 전류를 이용한 정보전달 및 신호처리가 가능해 극고속 페타헤르츠 전자공학을 여는 양자역학적 원천 개념을 세계 최초로 학계에 제안할 수 있게됐다.
DGIST 신물질과학전공 이재동 교수는 “이번 연구는 기존 반도체전자공학 보다 100만배 이상 빠른 극고속 페타헤르츠 부도체전자공학을 가능하게 하는 최초의 원천 연구”라며 “컴퓨터, 휴대폰, 디스플레이 등 IT 기기들의 성능을 획기적으로 향상시킬 단초를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 미국 물리학회에서 발행하는 물리학 분야 세계 최고의 권위지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 3일자 온라인판에 게재됐다. 대구=오경묵 기자 okmook@hankyung.com
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