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표준연구원, 마이크로파 주파수 빗 생성기술 개발

등록 2022.08.11 15:24:02

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자체 확보한 '초전도 나노전기역학 소자' 활용

단백질 분자 등 정밀 질량측정 위한 고성능 나노센서에 적용 가능

[대전=뉴시스] 초전도 나노전기역학 소자 기반 마이크로파 주파수 빗 생성 개념도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 초전도 나노전기역학 소자 기반 마이크로파 주파수 빗 생성 개념도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 양자하이브리드팀이 자체기술로 마이크로파 영역에서 주파수 빗을 생성하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이 기술은 초전도 나노전기역학 소자(역학적 진동을 전기적으로 측정할 수 있는 소자)에 마이크로파 신호를 입력해 주파수 빗을 생성하는 기술로 분자단위 정밀 질량측정을 위한 고성능 센서에 활용가능하다.
 
주파수 빗은 여러 개의 주파수 신호가 머리빗처럼 일정하고 조밀한 간격으로 나타나는 현상이다. 연구팀이 생성한 주파수 빗살의 간격은 나노역학 소자의 고유 주파수와 일치하기 때문에 이 간격을 측정하면 소자의 미세한 진동 주파수의 변화를 정밀하게 추적할 수 있다.

연구팀은 소자의 초전도 성능을 발현시키기 위해 소자를 액체헬륨냉동기에 넣어 극저온 환경을 구축한 뒤 마이크로파 신호 생성기로 소자에 단일 주파수 신호를 입력해 주파수 빗 현상을 관측하는 데 성공했다.

기존에 사용된 나노역학소자의 주파수 측정법은 소자에 레이저를 쏘아 반사된 빛의 변화를 기준이 되는 레이저 빛과 간섭시켜 그 신호를 분석하는 방식이다. 이 방식은 복잡한 광학·전자장비를 필요로 하고 잡음 발생원이 많아 측정성능이 떨어진다.

표준연구원의 주파수 빗 생성원리를 활용하면 복잡한 장비를 사용하지 않고도 단일 주파수의 마이크로파 신호를 입력해 나노역학 소자의 진동 주파수를 측정할 수 있다.

이번 기술은 고성능 나노센서 등 정밀측정을 필요로 하는 다양한 응용분야에 활용 가능하다.

양자하이브리드팀 차진웅 선임연구원은 "주파수 빗 생성기법을 이용한 이번 측정법을 활용하면 기존 나노역학센서보다 수십 배 이상 향상된 정밀도를 얻을 수 있을 것"이라고 전망했다.
 
이번 연구결과는 나노 분야의 국제 학술지 '나노 레터스(Nano Letters, IF: 12.262)'에 지난 6월 게재됐다.(논문명:On-Chip Microwave Frequency Combs in a Superconducting Nanoelectromechanical Device)

서준호 책임연구원은 "지난해 자체개발한 초전도 나노전기역학소자를 이용해 주파수 빗 현상을 실험적으로 관측하는 데 성공했다"면서 "이번 실험은 극저온에서 진행했지만 향후 상온에서도 기술을 구현시켜 다양한 산업분야에서 주파수 빗을 정밀측정에 응용할 수 있게 할 예정"이라고 밝혔다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]

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