빛이나 적외선과 같은 테라헤르츠(THz) 전자기파를 3만배 이상 증폭시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 물리 모델을 바탕으로 인공지능(AI)과 결합한 이 기술이 6세대(6G) 통신용 주파수의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST) 물리학과 박형렬 교수팀은 미국 테네시대학교 이준수 교수팀, 미국 오크리지 국립연구소 윤미나 교수팀과 함께 6G 통신용 THz 나노공진기의 최적화 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 슈퍼컴퓨터로도 오래 걸리던 작업을 물리이론모델 기반의 AI 학습으로 개인컴퓨터에서도 쉽게 설계 가능하도록 만든 것이다.
연구팀이 새로 개발한 나노공진기 효율을 THz 전자기파 투과 실험으로 분석한 결과, 일반 전자기파 대비 전기장이 3만배 이상 증폭되는 것으로 나타났다. 이는 지금까지 학계에 보고된 THz 나노공진기보다 300% 이상 향상된 효율이다.
지금까지는 주로 가시광이나 적외선 영역의 광소자를 설계하는 'AI 역설계 기술'이 사용됐다. 그러나 기존 역설계 기술로 6G 주파수에 작동하는 나노공진기를 설계할 경우 한 번의 시뮬레이션에만 수십시간이 소요된다. 즉 하나의 소자를 최적화하는 데 수백년 시간이 소요될 수 있다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 물리학 이론 모델을 이용, AI 역설계 방법과 결합해 THz 영역의 나노공진기를 새로 설계했다. 그 결과 개인용 컴퓨터 사양으로도 40시간 이내에 소자를 최적화할 수 있었다고 밝혔다.
제1저자 이형택 연구원은 "이번 연구를 통해 최적화된 나노공진기는 초정밀 검출기뿐만 아니라 극미량 분자 감지 센서, 볼로미터 연구 등에도 활용될 수 있다"며 "연구에 적용된 방법론은 특정 나노 구조물에만 국한되지 않으며 여러 파장이나 구조의 물리 이론 모델 함께 다양한 연구에 활용될 수 있다"고 설명했다.
박형렬 물리학과 교수는 "이번 연구의 핵심은 물리현상을 이해해 AI를 이용한 기술의 효율을 향상시킨 것"이라며 "AI가 모든 문제를 해결해 줄 수 있을 것 같지만 물리 현상을 먼저 잘 이해하는 것이 여전히 중요하다"고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지인 '나노레터스'(Nano Letters)에 게재됐다.
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