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미 칼텍 주혁·김명기 연구팀 개발
데이터 저장·전송 수십배로 증가
데이터 저장·전송 수십배로 증가
재미 한국인 과학자가 빛을 머리카락 단면의 1억분의 1 면적에 집속시키는 기술을 개발해 정보통신(IT), 영상의학, 데이터저장 등 분야의 발전에 새로운 가능성을 열었다.
미국 캘리포니아공대(칼텍) 전자과의 주혁 교수와 김명기 박사 연구팀은 10일 버클리 캘리포니아주립대의 엘리 야블로노비치 교수와 공동연구로 ‘삼차원 선형 축소 광플라즈몬 구조’를 이용해 빛을 반도체 칩 위 14㎚×80㎚(나노미터·1억분의 1m) 안에 집속(사진)시키는 데 성공했다고 밝혔다. 빛의 집속 효율도 지금까지 반도체 칩 위에서 구현된 적이 없는 높은 수준인 74%로 측정됐다. 모아진 빛의 에너지 밀도(단위부피에 저장된 에너지)는 태양 표면 에너지 밀도의 100만배에 이른다. 연구팀의 논문은 <네이처> 자매지인 <네이처 포토닉스> 최신호에 게재됐다.
빛은 전기신호보다 훨씬 효과적으로 많은 데이터를 전송할 수 있어 최근 광학에 기초한 기술이 크게 발전하고 있다. 그러나 빛의 회절한계(빛이 가지는 파장의 절반 이하로 초점을 맞출 수 없는 현상) 때문에 렌즈나 거울, 광섬유로 나노스케일의 작은 공간에 빛을 가두는 것은 불가능하다. 연구팀은 야블로노비치 교수가 제안한 구조를 바탕으로 최신의 반도체 제작 기술 등을 접목해 이런 한계를 뛰어넘는 성과를 이뤄냈다.
이 기술을 적용하면 우선 하드디스크 면적당 저장 용량이 수십배 이상 증가할 수 있다. 하드드라이브는 작은 자석들이 모여 있는 얇은 원판에 데이터를 저장하는데, 극성을 인위적으로 조절해 디지털 데이터 ‘0’과 ‘1’을 나타내도록 한다. 그러나 자석이 너무 작아지면 자성이 불안정해져 인위적인 자기장을 가하지 않아도 극성이 불규칙하게 변하는 ‘초상자성 효과’가 나타난다. 자석의 크기가 25㎚, 데이터 저장 밀도가 1제곱인치당 1테라바이트(1000기가바이트)를 넘을 때 이런 현상이 생긴다. 연구팀의 기술을 이용하면 이 한계를 넘어 최소 1제곱인치당 50테라바이트를 저장할 수 있다.
이근영 선임기자, 사진 미국 캘리포니아공대 제공
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