UNIST, 플라즈마와 레이저 상호작용 방식
10배 에너지효율 높아 암진단, 통신 등 활용
'꿈의 전자기파'로 불리는 테라헤르츠파를 강력하게 만들 수 있는 길이 열렸다.
울산과학기술원(UNIST)은 허민섭 물리학과 교수팀과 석희용 광주과학기술원(GIST) 교수, 야로진스키 영국 스트래드클라이드대 교수 연구팀이 공동으로 플라즈마에 강력한 레이저 펄스를 쏴 테라헤르츠파를 생성하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
테라헤르츠파는 파동이 1초 동안 1초에 1조번(테라) 진동하는 전자기파로, 파장이 짧고 침투가 쉽으면서 에너지가 낮아 시료에 손상을 적게 준다. 이 때문에 의료 진단, 보안 검색, 반도체 소자 결함 탐지, 차세대 초고속 통신 등 다양한 분야에 널리 쓸 수 있다.
하지만 테라헤르츠파를 만드는 광원을 만들기 매우 어렵다. 그 중에서 리튬니오베이트와 같은 결정물질에 레이저로 에너지를 공급해 테라헤르츠파를 뽑아내는 방법이 가장 고효율·고강도 광원방식이다. 다만, 이 과정에서 레이저 강도를 너무 세게하면 결정물질이 녹아 테라헤르츠파의 출력을 높이는 데 한계가 있다.
연구팀은 이온과 전자로 분리된 제4의 상태인 '플라즈마'에 주목했다. 플라즈마는 전자외 이온이 분리돼 이미 녹아 있는 상태의 물질이어서 레이저 강도를 높여도 결정물질에 영향을 주지 않는다. 연구팀은 플라즈마의 밀도를 완만하게 증가시키고 두 개의 레이저를 동시에 활용하는 방식으로 진동수 변조가 쉽고, 기존보다 10배 이상 에너지 효율이 높은 테라헤르츠파를 만드는 데 성공했다.이 테라헤르츠파는 강도가 매우 높고, 방향성이 뛰어난 것으로 컴퓨터 시뮬레이션 결과에서 확인했다고 연구팀은 설명했다.
허민섭 UNIST 교수는 "초고속 테라헤르츠파 통신 장치, 생체 암진단, 초강력 테라헤르츠파 영역의 비선형 물성 연구, 초소형 입자 가속기 등 개발에 기여하는 기술로 쓰일 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(지난달 3일자)'에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
울산과학기술원은 플라즈마를 이용해 고강도 테라헤르츠파를 만드는 기술을 개발했다. 사진은 플라즈마를 이용한 테라헤르츠파 생성 시뮬레이션 모습. UNIST 제공
