페로브스카이트 광-논리소자 개발…"5개 논리연산 모두 구현"

KIST 박유신 박사·GIST 정건영 교수 연구팀 공동 성과

국내 연구진이 빠르게 데이터를 처리하면서 에너지 소모도 적은 페로브스카이트 광-논리소자를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 센서시스템연구센터 박유신 박사(교신저자) 연구팀이 GIST 정건영 교수(교신저자) 연구팀과 함께 광-반도체 소재인 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 작동하는 초고속·고효율 광-논리소자를 개발했다고 23일 밝혔다.

컴퓨터 두뇌 역할을 하는 반도체 논리소자는 인공지능(AI), 자율주행 자동차, 드론 등 미래 먹거리 산업에서 수요가 폭발적으로 늘고 있으나 초고속 데이터 계산, 처리 능력에 한계가 있으며 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다.

연구팀은 원소 조성이 다른 두 종류의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현했다.

페로브스카이트 광-논리소자는 원소 조성에 따라 각각 가시광선 (400∼700nm 파장), 근적외선 (700∼1천50nm 파장) 영역의 빛을 흡수할 수 있고 흡수된 빛은 파장에 따라 서로 다른 극성을 통해 추출되는 '양극성 광 반응'을 보였다.

양극성 광 반응의 특성을 통해 페로브스카이트 광-논리소자는 빛의 파장, 세기에 따라 추출되는 광전류를 쉽게 제어할 수 있었으며, 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리 연산 결과를 만들어냈다.

연구팀은 "하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자와 달리 이번에 개발된 소자는 'AND', 'OR', 'NAND', 'NOR', 'NOT' 등 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다"고 말했다.

이들은 "하나의 소자가 다섯 개 소자의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다"고 말했다.

또 외부 전기 없이 빛 에너지만으로도 작동이 가능해 에너지 소모가 적은 초저전력 광컴퓨터를 구현할 수 있다고 덧붙였다.

박 박사는 "페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 최신 호에 게재됐다.

/연합뉴스