'초고속 AI 시대를 열다'...'부산대 연구팀이 밝힌 광전도 거동의 비밀'

부산대 물리학과 김지희 교수./부산대 제공

부산대학교 연구진이 1조분의 1초 만에 전류 응답의 부호(음성에서 양성)를 전환하는 가역적 광전도 거동 메커니즘을 최초로 규명했다.

이 성과는 차세대 초고속 AI 연산 및 양자정보 소자 개발에 핵심 기술로 부상할 전망이다.

부산대 물리학과 김지희 교수 연구팀은 2차원 반도체-금속 반데르발스 계면에서 빛이 유도한 전기장이 순간적으로 반전되면서 광전도 신호가 가역적으로 전환되는 현상을 발견했다.

기존 연구는 계면 내부 전기장을 정적이라 가정해 초고속 제어가 불가능했고, 전환을 위해 복잡한 외부 변수 조정이 필요했다.

연구팀은 초고속 광전류 분광법을 활용해 MoTe2/Pt 쇼트키 접합 계면에서 광 여기된 전하가 계면 전기장을 동적으로 반전시켜 음성 광전도(NPC)에서 양성 광전도(PPC)로의 가역적 전환이 피코초(1조분의 1초) 단위에서 일어남을 직접 관측했다.

특히 수 mV 수준의 미세 전압만으로 전환 시점을 피코초 수준에서 정밀하게 제어할 수 있는 '전압-프로그래머블 NPC/PPC 광검출기' 구조를 제안했다.

이 소자는 게이트 전극 없이도 구동이 가능해 기존 소자의 구조적 복잡성과 전력 소모 한계를 극복했다.

김지희 부산대 교수는 "이번 연구는 금속-2차원 소재 계면에서 빛-계면 상호작용을 통해 전류 응답을 피코초 단위에서 가역적으로 제어할 수 있음을 보여준 최초의 사례"라며 "이는 차세대 포토닉 집적회로, 뉴로모픽 연산, 양자정보 소자 개발에 새로운 가능성을 제공할 것"이라고 말했다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@