LTE보다 주파수 1000배 넓은 테라헤르츠... 숭실대 연구팀, 제어 기술 개발

숭실대학교(총장 황준성)는 IT대학 전자정보공학부 이호진 교수와 공과대학 화학공학과 강문성 교수 및 학생연구진 (정현승, 이원우, 허은아, 조현우, 조보은, 구재목)이 작성한 논문이 재료 및 광학 분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스 (Advanced Materials, 피인용지수: 21.95)’ 8월 최신호에 권두삽화 논문으로 온라인 게재되었다고 밝혔다.

이온성 유전체와 그래핀을 이용한 메타원자의 분자화 기술 모식도 (좌) 및 실제로 제작된 능동형 플렉서블 메타물질의 사진 (우)

숭실대학교의 이호진 교수와 강문성 교수가 교신저자로, 연세대학교 최현용 교수 (전기전자공학부)와 성균관대학교 조정호 교수 (신소재공학부)가 공동저자로 참여한 공동 연구팀은 논문 <전기적으로 컨트롤이 가능한 메타원자의 분자화 기술>을 통해 전기적으로 전도율이 조정되는 그래핀 도선을 메타물질 원자 구조 간에 상호 연결시킴으로써, 메타물질 배열 내 원자 상태와 분자 상태를 능동적으로 제어할 수 있는 시스템을 개발하였으며, 이를 통해 테라헤르츠 대역에서의 주파수 위치를 자유자재로 변조할 수 있는 기술 연구에 성공하였다.

테라헤르츠파는 미국 나사에서 처음 발견한 파형이다. 테라헤르츠파는 인체에 무해하면서 동시에 엑스레이와 같이 투과성을 가진 파동이며, 기존 LTE 통신 기술보다 1,000배 이상의 넓은 주파수 대역을 가지고 있어, 차세대 5G통신뿐만 아니라, 의료, 보안, 식품, 바이오 등 다양한 분야에서 각광받고 있는 주파수 대역이다. 인체 유해성이 낮기 때문에 암 검진, 공항 보안검색대 등에서 많이 활용한다. 현대자동차 등에서도 도장 이후 차체 내부 결함 등을 확인하는데 사용하고 있다. 하지만, 현재까지 테라헤르츠파의 주파수 및 위상을 전기 능동적으로 선택하거나 효과적으로 변조할 수 있는 기술은 아직까지 개발이 미비한 수준이며, 유럽과 미국 등을 중심으로 활발히 연구 개발되고 있는 분야이다.

본 연구팀은 이와 같은 한계를 “메타물질의 분자화”라는 새로운 개념을 도입하여 테라헤르츠파의 주파수 및 위상 변조가 전기적으로 조정 가능함을 실험적으로 증명하였으며, 이를 간단한 공정을 통한 박막(thin film, 薄膜)전자소자형태로 구현하여 상용화가 가능할 수 있음을 보였다.

연구책임자인 이호진 교수는 “이번에 제안된 기술 및 방향이 효과적으로 개발된다면, 차세대 테라헤르츠 시스템을 구성하는 주파수 조정 기술의 좁은 변조 범위 및 낮은 스위칭 특성, 높은 테라파 손실 등의 문제들을 극복할 수 있을 것으로 예상되며, 테라헤르츠파 기반의 초광대역 통신 기술 및 비파괴 영상 시스템의 기술 개발 및 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 본 연구 성과의 의의를 전했다. 한편 본 연구는 삼성미래기술육성사업의 단독지원으로 수행되었다.

온라인 중앙일보