전자 대신 광자…빛의 속도로 정보 처리한다

카이스트, 단방향 광전달 소자 개발

▲빛의 속도로 정보처리하는 광전달 소자가 개발됐다.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자]빛의 속도로 빠른 단방향 광전달 소자가 개발됐다. 속도 한계를 가진 전기회로를 대신할 광집적회로 개발의 가능성을 넓혔다. 정보 전달 속도가 빛의 속도에 가깝다.

한국과학기술원(카이스트·총장 강성모) 물리학과의 조용훈 교수(48) 연구팀은 반도체 나노와이어를 이용해 빛을 한쪽 방향으로만 선택적으로 전달할 수 있는 광자 다이오드를 개발했다고 18일 발표했다. 이번에 개발된 광자 다이오드 구조는 직경이 수백 나노미터에 길이가 수 마이크로미터 정도로 크기가 매우 작다. 고집적회로에 사용할 수 있으며 입사광의 편광방향에도 덜 민감해 효과적으로 활용 가능하다.

집적회로에서 전자의 흐름을 제어하는 다이오드를 전자 대신 빛을 이용해 구동하는 방식으로 만들면 정보를 초고속으로 처리할 수 있다. 전송 손실이 작아지기 때문에 에너지 소비를 줄일 수 있어 미래기술로 각광받고 있다. 기존에 비대칭메타물질이나 광결정구조 등을 이용한 기존의 광자 다이오드 방식은 크기가 커서 고집적회로에 적용하기 어려웠다. 또 입사광의 편광 방향과 입사 각도에 민감해 제한된 환경에서만 사용할 수 있었다.

연구팀은 수 마이크로미터 이하의 질화물반도체 나노와이어를 이용해 양방향으로 빛이 나오는 강도가 크게 다른 높은 효율의 광자 다이오드를 개발했다. 개발된 반도체 나노와이어는 길이 방향으로 큰 에너지 차이를 보이는데 이는 나노와이어에 형성된 양자 우물의 두께와 양자 우물 층의 인듐 함량을 길이 방향으로 연속적으로 제어했기 때문이라고 연구팀은 전했다.

조용훈 교수는 "길이 방향으로 나타나는 에너지의 큰 차이는 비대칭적으로 빛의 진행을 일으켜 광자 다이오드로서 작동하게 되는 것"이라며 "집적회로에서 전자 대신에 광자를 활용하면 정보의 전달 속도가 빛의 속도에 근접할 정도로 빨라질 것으로 예상된다"고 말했다. 한편 이번 연구는 나노 분야의 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 9월10일자 표지논문으로 게재됐다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr