최신 연구: 나노 규모 장치가 무선 통신을 위한 광학 빛 조작 가능성 발견

Seoul칼텍의 엔지니어들이 새로운 메타표면 장치를 개발했습니다. 이 작은 장치는 빛의 주파수를 제어하고 변경할 수 있으며, 이는 현재의 Wi-Fi보다 더 빠르고 높은 대역폭을 갖춘 무선 통신 채널을 가능하게 할 수 있습니다.

메타표면은 빛을 조작하는 미세한 공학적 시트입니다. 이 장치는 다양한 주파수에서 여러 채널을 생성하도록 광학 빛을 유도할 수 있습니다. 이 신기술은 전기적으로 조정 가능한 나노 안테나를 사용합니다. 잠재적인 응용 분야로는 고속 데이터 통신과 우주 임무가 포함됩니다.

Wi-Fi는 무선 주파수를 사용하기 때문에 대역폭이 제한적입니다. 이에 비해, 광학 주파수는 훨씬 더 많은 대역폭을 제공합니다. 하지만 전통적인 방법으로는 이러한 높은 주파수에서의 빛을 잘 다루기 어렵습니다. 칼텍의 장치는 이 문제를 해결하여 통신에서 사용되는 1,530 나노미터의 광학 주파수에서도 효과적으로 작동합니다.

카메라 렌즈는 보통 크고 무거운 편입니다. 반면에, 메타표면은 얇고 작은 안테나로 이루어져 있습니다. 이 안테나는 빛을 굴절시키거나 반사시키는 등 빛의 행동을 변화시킬 수 있습니다.

이전의 메타표면 장치는 제작 후에는 변화를 줄 수 없었습니다. 그러나 새로운 장치는 안테나에 다양한 전압을 가함으로써 조정이 가능하여 더 높은 유연성과 적응성을 제공합니다.

이 장치는 안테나 아래에 위치한 인듐 주석 산화층을 사용하여 유연성을 갖습니다. 전압을 조절하면 이 층의 전자 밀도가 변화하게 됩니다. 이는 각 안테나의 굴절률을 변경시킵니다. 그 결과, 이 장치는 반사된 빛을 실시간으로 다양한 각도와 주파수로 조절할 수 있습니다.

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이 기술은 하나의 레이저로 여러 개의 새로운 주파수를 생성할 수 있도록 합니다. 이러한 새로운 주파수들은 빠른 통신에 활용될 수 있습니다. 빛의 방향과 주파수를 제어할 수 있는 능력은 이 메타표면의 "시공간" 특성이라고 불립니다.

메타표면은 여러 흥미로운 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 이 기술은 LiDAR의 3D 이미징을 개선하고, 커피숍과 같은 혼잡한 장소에서 무선 통신 품질을 향상시키는 데 쓰일 수 있습니다. 또한, 우주 탐사 중 대량의 데이터를 전송하는 데 유용할 수 있는데, 이는 빛이 라디오파보다 더 많은 데이터를 전달할 수 있기 때문입니다.

아트워터 연구팀의 대학원생인 프라치 투레자와 재러드 시슬러를 포함한 연구진은 그들의 연구 결과를 네이처 나노테크놀로지에 발표했다. 이 연구는 공군 과학연구실과 DARPA와 같은 기관의 지원을 받았다.

주요 목표는 범용 메타표면을 만드는 것입니다. 이 장치는 각각 다른 데이터를 운반하고 다른 방향으로 정보를 전송하는 여러 광 채널을 생성할 수 있습니다. 만약 성공한다면, 이것은 무선 통신의 사용 방식을 혁신적으로 바꿀 수 있습니다.

JPL과 같은 기관들도 우리와 협력하고 있습니다. 그들은 우주 임무에 광 주파수를 사용하기 위한 연구를 진행 중이며, 이 기술의 유용성을 보여주고 있습니다.

메타표면 분야의 최근 발전은 무선 통신과 데이터 전송의 미래에 희망적인 가능성을 보여줍니다.