나노안테나를 활용해 광통신 컴퓨터의 난제인 광-전기 전환시 병목현상을 해결할 수 있는 기술이 개발돼 화제다.

최근 전기신호보다 수 백 배 빠른 광신호로 전자소자의 속도를 올리는 연구가 대안으로 떠올랐지만 기술의 상용화를 위해서는 광-전기 정보전환시 생기는 신호 전달의 병목현상 해결할 수 있는 기술이다.

미래창조과학부(장관 최양희) 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 분자 분광학 및 동력학 연구단(단장 조민행) 최원식 부연구단장 연구팀은 얇은 금속 박막에 나노 안테나들을 무질서하게 배열해 병목현상을 해소했다고 밝혔다.

기존 나노 안테나보다 40배 넓은 대역폭 확보가 가능하다.

나노 안테나는 금속 박막에 200나노미터(nm, 1nm=10억 분의 1미터) 직경의 구멍을 뚫어 만든다. 이 곳에 빛(광신호)을 쪼이면 표면 플라즈몬(전기신호, 이하 플라즈몬)2)이 생긴다.

기존 연구는 나노 안테나를 규칙적으로 배열해 플라즈몬을 유도했다. 그 결과 다량의 안테나가 마치 하나의 안테나처럼 작동하며, 많은 신호들을 동시다발적으로 소화할 수 없었다.

연구진은 나노 안테나를 무질서하게 배치하는 것으로 문제의 해결책을 찾았다. 플라즈몬의 다중산란을 유도해 나노 안테나 사이의 간섭을 줄인 것이다. 각각의 나노 안테나가 독립된 역할을 수행할 수 있는 이유이다.

다수의 나노 안테나가 효과적으로 작동하면 다중입력 다중출력(Multiple-Input Multiple-output, MIMO)3)으로 동시에 최대 정보의 전달이 가능하다. 이로써 3차원 공간을 움직이는 빛이 2차원 표면의 전기 신호로 바뀔 때 생기는 정보의 손실을 최소화할 수 있다.

최원식 부연구단장은 "이번 연구를 통해 나노 수준의 마이크로프로세서들 사이를 초고속 광통신으로 연결할 수 있는 새로운 방식을 제시했다"며 "이러한 방식이 앞으로 컴퓨터 속도 개선에 크게 기여하길 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.470) 온라인판에 3월 6일 게재됐다.