빌레펠트 대학교의 드미트리 투르치노비치 교수 연구팀은 드레스덴 IFW(라이프니츠 고체 및 재료 연구소)와 협력해 AI 하드웨어 구현 방식을 혁신할 수 있는 나노전자공학 분야의 중요한 돌파구를 마련했다.
2025년 6월 5일 Nature Communications에 발표된 이번 연구는 초단파 빛 펄스를 이용해 원자 두께의 반도체를 전례 없는 속도로 제어하는 새로운 방법을 제시한다. 연구팀은 테라헤르츠 빛을 이차원 소재(예: 이황화몰리브덴, MoS₂) 내부의 수직 전기장으로 변환하는 특수 나노 안테나를 개발했다.
투르치노비치 교수는 “전통적으로 트랜지스터 등 전자 소자의 스위칭에 사용되는 수직 전기장은 전자 게이팅 방식으로 인가되는데, 이 방식은 근본적으로 반응 속도에 한계가 있다”며, “우리는 테라헤르츠 빛 자체를 반도체 내부의 제어 신호로 사용함으로써, 지금까지 불가능했던 산업 호환형 초고속 광구동 옵토일렉트로닉스 기술을 실현했다”고 설명했다.
이 기술은 1피코초(1조분의 1초) 이하의 시간 척도에서 전자 구조를 실시간으로 제어할 수 있게 해, 기존 전자 스위칭 방식보다 수십~수백 배 빠른 속도를 구현한다. 연구진은 이러한 빛 펄스를 통해 소재의 광학 및 전자적 특성을 선택적으로 변화시킬 수 있음을 입증했다.
실험 구현의 핵심 역할을 맡은 히라오카 토모키 박사(투르치노비치 교수 연구실, 마리 스클로도프스카 퀴리 펠로우)가 제1저자로 참여했으며, 효과 구현에 필수적인 3D-2D 복합 나노안테나는 드레스덴 IFW의 앤디 토마스 박사 연구팀이 제작했다.
이번 혁신은 AI 하드웨어에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 훨씬 빠르고 에너지 효율적인 컴퓨팅 시스템 구현을 가능하게 할 것으로 전망된다. 초고속 스위칭 능력은 신호 제어 소자, 전자 스위치, 센서 등 차세대 AI 응용에 필수적인 핵심 부품의 개발로 이어질 수 있다.
이 기술은 초고속 데이터 전송, 첨단 컴퓨팅 아키텍처, 이미징 시스템, 양자 기술 등 다양한 분야에 적용 가능성이 높으며, 모두 차세대 AI 인프라의 초고속 처리 성능 요구에 부합하는 핵심 요소다.