테라헤르츠파 10배 빠른 전기적 변조 기술 개발

↑ GIST 장재형 교수

테라헤르츠파를 기존 기술에 비해 10배 이상 빠르게 전기적으로 제어할 수 있는 기술이 개발됐다.
테라헤르츠파는 1초에 1조번 진동하는 주파수를 지닌 전자기파다. 종이, 플라스틱, 의류 등 여러 물질을 투과하는 성질이 우수하고 인체에 무해해다. 무기, 폭발물 등을 검사하기 위해 공항 검색대에 설치된 X레이를 대체할 수 있고 다양한 암 진단에도 활용될 수 있다.
특히 테라헤르츠파를 의료에 접목한 바이오의료 영상 시스템을 실현하기 위해 고효율 테라헤르츠 광원, 검출기, 변조기 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 테라헤르츠 전자기파에 정보를 부가하기 위해선 전자기파 세기를 변화시킬 수 있는 변조기가 필요하다.
기존엔 기계적으로 전자기파의 진행을 막거나 레이저를 반도체 기판에 조사하는 방식 등이 사용됐다. 문제는 이런 방식들은 속도가 느리거나 부피가 크고 전력소모가 크다보니 최근엔 전기적으로 전자기파의 세기를 조절할 수 있는 소자에 대한 연구가 진행되고 있다.
GIST 장재형 교수 연구팀은 해당 주파수 대역에서 공진하는 금속구조를 주기적으로 배열한 메타물질이라는 인공물질을 개발했다. 연구팀은 메타물질에 집적된 초고속 전자소자의 정전 용량을 변화시키는 방법을 사용했다. 가하는 전압에 따라 정전용량이 변화하는 전자소자는 특정 주파수에서 메타물질의 투과 특성을 변화시킬 수 있다. 그 결과 전자소자의 면적을 획기적으로 줄여 앞선 연구결과와 비교했을 때 10분의 1의 전압으로도 최고의 변조지수를 얻을 수 있었다. 변조 속도도 10배 빨라졌다.
장 교수는 “별도의 레이저 없이 테라헤르츠파를 전기적으로 변조할 수 있어 공항 검색대, 암 진단 등 영상 시스템 등에 적용이 가능해 테라헤르츠 영상 시스템의 소형화, 소모전력 감소 등에 따른 에너지 절감 등에 기여할 것으로 기대된다”고 연구의의를 설명했다.
[이영욱 기자]