전자 메타장치를 통한 초고속 테라헤르츠 기술

테라헤르츠 주파수의 초고속 통신은 이제 "전자 메타장치"를 사용하여 가능하며, 이는 차세대 빠른 장치의 발판을 마련할 수 있습니다. 이러한 새로운 장치가 전기장을 제어하는 ​​방식은 투명 망토가 빛, 열, 소리를 조작하는 방식과 유사하다는 새로운 연구가 밝혀졌습니다.

무어의 법칙에 따라 전자 장치가 축소됨에 따라 실제 응용 분야에 도달하는 데 있어 수많은 어려움에 직면하게 되었습니다. 종종 이러한 장치가 직면하는 문제는 장치를 구성하는 반도체 재료의 잠재력을 고려할 때 예상보다 훨씬 낮은 성능을 초래합니다.

예를 들어, 소형 장치는 매우 높은 전기장으로 인해 몇 볼트만 보유할 수 있으며, 이로 인해 전달할 수 있는 최대 전력이 제한됩니다. 또한 소형 장치의 최대 작동 주파수는 피할 수 없는 높은 기생 용량으로 인해 크게 제한되는 경우가 많습니다. 더욱이 트랜지스터와 다이오드에 널리 사용되는 최첨단 터널링 접합은 높은 접촉 저항, 즉 다른 부품과의 접촉점에서 전기 저항이 발생하여 장치의 전체 성능을 제한합니다.

이러한 과제를 극복하기 위해 새로운 연구에서 연구자들은 예상치 못한 방식으로 빛을 구부리는 능력과 같이 자연에서 일반적으로 발견되지 않는 기능을 갖도록 설계된 메타물질을 사용하여 이루어진 최근의 놀라운 발전에서 영감을 얻었습니다. 이러한 연구를 통해 빛, 소리, 열 및 기타 유형의 파동으로부터 물체를 숨길 수 있는 투명 망토가 탄생했습니다.

빛을 조작하도록 설계된 광학 메타물질은 영향을 미치는 빛의 파장보다 작은 규모의 반복 패턴을 가진 구조를 가지고 있습니다. 새로운 연구에서 연구자들은 제어하기 위해 개발된 파동형 집단 전자기 상호 작용보다 규모가 더 작은 구조를 가지고 있다는 점에서 유사하게 설계된 장치를 개발했습니다.

"우리는 트랜지스터와 다이오드를 대체하고 훨씬 더 빠른 속도를 가능하게 하는 새로운 종류의 장치를 개발했습니다."라고 취리히에 있는 스위스 연방 기술 연구소의 전기 엔지니어이자 연구 책임자인 Mohammad Samizadeh Nikoo는 말했습니다. "우리는 이 개념을 '전자 메타장치'라고 부르는데, 이는 일반 장치가 할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 일을 할 수 있습니다."

기존 전자 장치에서는 직사각형 간격으로 분리된 두 개의 직사각형 단자를 볼 수 있습니다. 전자 메타장치에서는 각각 열쇠 모양의 한 쌍의 터미널을 볼 수 있으며, 한 키의 톱니가 다른 키의 틈에 맞고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 열쇠 모양의 단자 사이의 간격은 직선이 아닌 지그재그 모양입니다. 전자 메타 장치 구성 요소의 정확한 크기와 기타 기능은 그것이 조작하는 주파수와 그것이 미치는 영향을 결정하는 데 도움이 됩니다.

일반적인 전자 장치는 "전자 제어를 기반으로 합니다. 전자를 내보내거나 강제로 멈추게 하는 게이트가 있습니다"라고 Samizadeh Nikoo는 말합니다. 대조적으로, 전자 메타장치는 "단일 전자를 주입하지 않고" 마이크로파, 밀리미터파, 테라헤르츠 및 기타 무선 주파수 전자기 신호를 제어한다고 그는 말합니다.

과학자들은 이 개념이 일반적으로 기존 CMOS 시스템, 다이아몬드 및 최신 2D 재료를 포함한 모든 반도체 플랫폼에 적용될 수 있다고 지적합니다. "이 새로운 기술은 반도체 제조의 기존 공정과 호환되므로 초고속 통신의 미래를 바꿀 수 있습니다."라고 Samizadeh Nikoo는 말했습니다.

이러한 새로운 장치는 현재 전자 제품이 직면하고 있는 속도 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 현재 무선 통신은 수십 기가헤르츠만큼 빠른 신호를 사용할 수 있습니다. 미래의 6G 통신에는 1테라헤르츠만큼 빠른 신호가 필요합니다. "그러나 트랜지스터와 같은 전통적인 전자 장치는 종종 테라헤르츠 갭이라고 불리는 이러한 빠른 속도로 작동할 수 없습니다"라고 Samizadeh Nikoo는 말했습니다. "이것은 미래 기술 개발의 주요 병목 현상입니다."