초박형 Terahertz 소스, 차세대 통신 기술로 가는 길을 열다

University of Sussex의 물리학자들은 단 몇 개의 원자층으로 구성되고 기존 전자 플랫폼과 호환되는 극도로 얇은 대면적 테라헤르츠 반도체 표면 소스를 개발했습니다.

테라헤르츠 소스는 초당 1조 번 진동하는 짧은 광 펄스를 방출합니다. 이 규모에서는 표준 전자 장치로 처리하기에는 너무 빠르며 최근까지 광학 기술로 처리하기에는 너무 느립니다. 이것은 6G 휴대폰 기술에 필요한 것과 같이 300GHz 제한을 초과하는 초고속 통신 장치의 진화에 큰 의미가 있습니다. Sussex의 Emergent Photonics(EPic) 연구소 연구원들은 표면 테라헤르츠 방출 기술의 선두 주자로서 지금까지 입증된 가장 밝고 얇은 표면 반도체 소스를 달성했습니다. 테라헤르츠의 반도체 소스인 새로운 개발의 방출 영역은 이전에 달성한 것보다 10배 더 얇아 비슷하거나 더 나은 성능을 제공합니다.

얇은 층은 기존 물체 및 장치 위에 배치할 수 있습니다. 테라헤르츠 소스는 찻주전자 또는 예술 작품과 같은 일상적인 물체를 포함하여 그렇지 않으면 상상할 수 없는 장소에 위치할 수 있어 안티-헤르츠에 대한 엄청난 잠재력을 열어줍니다. 위조 및 사물 인터넷은 물론 차세대 휴대전화와 같이 이전에는 호환되지 않는 전자 제품도 포함됩니다.

Sussex 대학의 유럽 연구 위원회 프로젝트 TIMING의 연구 펠로우인 Dr Luke Peters는 다음과 같이 말했습니다. 테라헤르츠 방사선은 재료 과학, 생명 과학 및 보안 분야에서 최고의 역할을 할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 빠르게 확장되는 사물 인터넷의 일부로 일상적인 사물과 대화하는 장치를 포함하여 대부분의 기존 기술에는 여전히 이질적입니다. 이 결과는 테라헤르츠 기능을 우리의 일상 생활에 더 가까이 가져오기 위한 우리 경로의 이정표입니다.”

전자기 스펙트럼에서 마이크로파와 적외선 사이에 있는 테라헤르츠파는 연구 및 산업 분야에서 많이 찾는 방사선의 한 형태입니다. 종이, 옷, 플라스틱과 같은 일반적인 물질을 X선과 같은 방식으로 쉽게 관통하여 물체의 물질 구성을 드러내는 자연적인 능력을 가지고 있지만 유해하지 않습니다. 테라헤르츠 이미징을 사용하면 물체의 분자 구성을 '보고' 서로 다른 재료를 구별할 수 있습니다. 이전 개발에서는 공항 보안에 혁신을 일으킬 수 있는 테라헤르츠 카메라와 피부암을 감지하는 데 사용되는 의료 스캐너와 같은 잠재적인 응용 프로그램을 보여주었습니다.

테라헤르츠 기술을 연구하는 과학자들이 직면한 가장 큰 문제 중 하나는 일반적으로 '강렬한 테라헤르츠 소스'로 받아들여지는 것이 전구와 비교할 때 희미하고 부피가 크다는 것입니다. 많은 경우 비선형 결정과 같은 매우 특이한 재료가 필요하기 때문에 다루기 힘들고 비용이 많이 듭니다. 이 요구 사항은 센서 및 초고속 통신과 같은 다른 기술과의 통합에 대한 물류 문제를 제기합니다.

Sussex 팀은 극도로 얇은 물질(약 25개의 원자층)에서 테라헤르츠 소스를 개발하여 이러한 한계를 극복했습니다. 각각 다른 주파수 또는 색상으로 진동하는 두 가지 유형의 레이저 광으로 전자 등급 반도체를 조명함으로써 테라헤르츠 방사선의 짧은 버스트 방출을 이끌어낼 수 있었습니다.

이 과학적 돌파구는 2000년대 초 2색 레이저를 기반으로 한 테라헤르츠 소스의 첫 번째 시연 이후 해당 분야의 과학자들이 오랫동안 추구해 왔습니다. 질소, 아르곤 또는 크립톤과 같은 가스의 특수 혼합물을 기반으로 하는 2색 테라헤르츠 소스는 오늘날 사용 가능한 최고의 성능 소스 중 하나입니다. 전자 기술에 널리 사용되는 반도체는 이러한 유형의 테라헤르츠 생성 메커니즘에 대해 대부분 손이 닿지 않는 곳에 남아 있습니다.