KIST, 3차원 그래핀 소자 개발...광컴퓨터 구현 ‘청신호’

[충청뉴스 이성현 기자] 현대사회 폭증하는 데이터 수요를 감당할 초고속 광컴퓨터 구현에 청신호가 켜졌다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광저소재연구단 송용원 박사팀이 한국기계연구원 최지연 박사팀과 그래핀 결정의 결손을 초래하는 전사공정 없이 광소자의 미세구조 표면에서 직접 3차원 그래핀을 균일하게 합성하는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

또 실험을 통해 대상 물체의 표면에서 합성된 그래핀과 광신호에 사용되는 레이저의 성공적인 상호작용도 증명해 광학적 기능을 극대화한 광소자 개발과 집적화의 진전이 기대된다.

높은 물리·전기·광학적 특성으로 꿈의 소재로도 불리느 그래핀은 탄소 원자들이 육각형 격자구조를 이루고 있다

그래핀은 광학적 비선형성이 뛰어나 펨토초(1000조분의 1초) 수준의 매우 빠른 레이저 펄스 광언 형성, 빛에 신호를 싣는 광변조기 등 제작에 효과적이다.

그러나 구리나 니켈 등 금속 촉매 표면에서 합성, 코팅 등을 포함하는 전사과정에서 불순물 유입, 구조붕괴 등 품지 저하가 야기된다.

연구진은 촉매에서 분해된 전물질(주로 메탄)이 탄소 원자를 생성하는 과정에서 광소자의 표면에 안착해 그래핀이 형성되고, 표면 구조를 그대로 따라가며 균일한 그래핀이 합성되는 것을 발견했다.

연구진은 광섬유로 3차원 그래핀 합성 공정의 광소자 응용효과를 검증했다. 그 결과 세라믹 촉매 표면에서 시작된 합성이 바닥까지 균일하게 이어지는 것을 확인했다.

송용원 박사는 “3차원 그래핀의 도입으로 기존 광소자에서 불가능했던 광학적 특성의 구현이 가능해졌다”며 “미래의 광컴퓨팅뿐만 아니라 전자소자와 광소자의 융합을 통해 더 실감이 나는 메타버스와 인공지능 등 첨단기술에서도 세계시장을 선도하는 중요한 역할을 담당할 것으로 기대한다”고 말했다.