빛이나 적외선과 같은 테라헤르츠(㎔) 전자기파를 3만 배 이상 증폭시킬 수 있는 기술이 개발됐다.

20일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 물리학과 박형렬 교수팀과 미국 테네시대 이준수 교수팀, 미국 오크리지 국립 연구소 윤미나 교수팀은 6G 통신용 테라헤르츠 나노 공진기 최적화 기술을 개발했다.

공동연구팀이 개발한 나노 공진기의 효율을 테라헤르츠 전자기파 투과 실험으로 분석한 결과 일반 전자기파가 만드는 전기장과 비교했을 때 3만 배 이상 증폭된 전기장을 발생시킬 수 있었다.

이는 지금까지 학계에 보고된 테라헤르츠 나노 공진기에 비해 300% 이상 향상된 효율이라고 공동연구팀은 설명했다.

기존에는 광 시뮬레이션과 인공지능(AI)을 합해 최적의 설계법을 찾아내는 'AI 역설계 기술'이 사용됐는데, 주로 가시광이나 적외선 영역에서 작동하는 광소자를 설계하는 데 쓰였다.

그러나 6G 통신 주파수 후보인 0.075∼0.3테라헤르츠 영역에서 나노 공진기를 최적화하기 위해 역설계 기술을 적용하면 파장에 비해 너무 작은 구조물 크기 때문에 고성능 컴퓨터를 이용해도 한 번의 시뮬레이션을 위해 수십 시간이 소요된다.

이 때문에 하나의 소자를 최적화하려면 수백 년의 시간이 걸릴 수 있다.

공동연구팀은 이 같은 문제를 해결하고자 물리학 이론 모델을 AI 역설계 방법과 결합해 테라헤르츠 영역의 나노 공진기를 새로 설계, 개인용 컴퓨터 사양으로도 40시간 이내에 소자를 최적화할 수 있도록 만들었다.

제1저자인 이형택 연구원은 "이번 연구로 최적화된 나노 공진기는 초정밀 검출기뿐만 아니라 극미량 분자 감지 센서, 볼로미터 연구 등에도 활용될 수 있다"며 "연구에 적용된 방법론은 다양한 광소자들의 최적화 설계에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 7일 온라인으로 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 정보통신기획평가원의 글로벌 핵심 인재 양성사업, 대학ICT연구센터 지원사업, UNIST의 AI 보급 및 확산 지원사업의 지원을 받았다.

<연합>

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