드론이 연기가 가득한 화재 현장을 탐색하거나{0}}화성 탐사선이 모래폭풍을 횡단하면서도 전파나 일반 레이저가 아닌 눈에 보이지 않는 '초고속 자외선'을 통해 고속으로 정보를 교환하는 미래를 상상해 보세요.-
최근 노팅엄 대학교(University of Nottingham)와 런던 임페리얼 칼리지(Imperial College London)의 과학자들은 극도로 짧은 파장의 자외선(UV{0}}C)을 활용하여 초당 수조 번의 속도로 정보를 전송하는 혁신적인 통신 기술을 공동으로 개발했습니다. 이 프로세스는 상상할 수 없을 정도로 빠르며-한 번의 깜박임으로 수백 조에 달하는 데이터 전송을 완료할 수 있습니다. 이 획기적인 성과는 2026년 1월 5일 최고 수준의 국제 저널인 Light: Science & Application에 게재되었으며, 극한 환경에서 고속 통신을 위한 새로운 문을 열었습니다.-
이 혁신의 핵심에는 전송과 수신이 모두 가능한 양방향 자외선 레이저 시스템이 있습니다. 전통적인 통신은 적외선이나 가시광선에 의존하는 경우가 많지만 연기, 먼지, 나뭇잎, 심지어 건물 모퉁이와 같은 장애물에 부딪히면 신호가 끊어지는 심각한 한계에 직면합니다. 이와 대조적으로 과학자들은 100~280나노미터 파장의 UV{2}}C 광을 활용했습니다. 이 빛은 놀라운 특성을 갖고 있습니다. 마치 안개 속을 비출 때 모든 방향으로 튀는 손전등 광선처럼 공기 중에 강렬하게 산란됩니다. 이것이 단점처럼 들릴 수도 있지만, 바로 이 "결함"이 "-시선-비-시선 통신"을 가능하게 합니다. 즉, 송신기와 수신기 사이에 직접적인 경로가 없더라도 빛이 공중에서 몇 번 반사되는 한 정보는 여전히 전달될 수 있습니다.
하지만 여기에 문제가 있습니다. UV-C 광선은 유용하지만 조작하기가 매우 어렵습니다. 수십 년 동안 과학자들은 이 빛을 효율적으로 생성하고 정확하게 감지할 수 있는 장비가 부족했습니다. 광원이 크고 비싸거나 감지기가 너무 둔감해서 실용적이지 못했습니다. 이번에 연구팀은 마침내 해결책을 찾았습니다. "계단식 2차 고조파 생성"이라는 광학 기술을 사용하여 일반 레이저 광을 특수 결정 내에서 초{4}}초단 UV-C 펄스로 점진적으로 "압축"했습니다.-각 펄스는 1펨토초(1000분의 1초 또는 1-1조분의 1초) 미만으로 지속됩니다. 이는 고화질 영화 전체의 정보를 번개보다 셀 수 없이 빠른 속도로 플래시에 집어넣는 것과 유사합니다.{9}}
수신기는 더욱 중요합니다. 기존의 실리콘- 기반 센서 대신 연구원들은 셀렌화 갈륨(GaSe)-이라는 초박형 종이처럼 몇 원자층 두께의 2차원 재료를-사용했습니다. 이 소재는 UV-C 광선에 매우 민감하여 실온에서도 빠르게 반응합니다. 또한 보기 드문 "초선형" 특성을 보여줍니다. 즉, 빛이 강할수록 전류가 더 빠르게 증가하여 희미한 신호를 명확하게 감지할 수 있습니다. 전체 검출기는 분자선 에피택시(MBE) 기술을 사용하여 2인치 사파이어 웨이퍼에서 "성장"되어 관리 가능한 비용으로 미래의 대량 생산을 위한 길을 열었습니다.
효율성을 검증하기 위해 팀은 자유{0}}공간 통신 실험을 수행했습니다. 한쪽에서는 UV-C 레이저를 사용하여 텍스트 또는 명령과 같은 정보를 인코딩하고, 다른 쪽에서는 2차원 재료 센서로 정보를 수신하여 디코딩했습니다.- 결과는 고무적이었습니다.-정보가 정확하고 놀라운 속도로 전송되었습니다. 이는 시스템이 작동할 뿐만 아니라 실제 시나리오에 배포될 수도 있음을 보여줍니다.-
그렇다면 이 기술은 정확히 무엇을 할 수 있을까요? 첫째, 복잡하고 위험하거나 -시야-가시-방해가 있는 환경에 특히 적합합니다. 그 예로는 짙은 연기 속에서 작전을 조정하는 소방관, 잔해 속에서 생존자를 찾는 로봇, 모래폭풍 중에 통신을 유지하는 자율주행차 함대 등이 있습니다. 둘째, UV-C 광선은 기존 무선 주파수 대역을 방해하지 않고 쉽게 차단되지 않기 때문에 보안 군사 통신에 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 또한 이러한 초고속 레이저는 초-고해상도-현미경 이미징, 정밀 재료 가공, 심지어 양자 광학의 새로운 현상 탐구에도 사용할 수 있습니다.
수석 연구원인 Amalia Patanè 교수는 다음과 같이 말했습니다. "이것은 인간이 펨토초 UV-C 레이저의 생성 및 감지를 단일 제조 호환 플랫폼에 통합한 최초의 기록입니다.-우리는 '총'뿐만 아니라 '눈'도 구축했습니다." 공동{4}}저자인 John Tish 교수는 해당 시스템의 높은 효율성과 비교적 간단한 구조로 인해 더 많은 실험실과 기업에서 잠재적으로 저렴한 가격의 휴대용 장치로 유망하다고 강조했습니다.
물론 이 기술이 휴대폰에 탑재되려면 아직 멀었다. 그러나 그 중요성은 '초고속 자외선 통신'의 길이 가능하다는 것을 증명하는 데 있다. 2차원 재료와 광자 칩의 발전으로 언젠가는 드론, 위성, 심지어 웨어러블 기기에 내장된 손톱 크기의 UV-C 통신 모듈이 육안으로는 보이지 않는 방식으로 빛의 속도로 중요한 정보를 전송하는{4}} 모습을 보게 될 것입니다.
