할라이드 페로브스카이트 기반 소자에서 빛 세기·조사 위치로 전류 극성 전환…트랜지스터·외부회로 없이 기본 논리연산 수행
동국대학교 에너지신소재공학과 권순철 교수 연구팀이 전북대 박유신 교수팀, KIST, 서강대와 공동 연구를 통해 전기 공급 없이 빛만으로 모든 기본 논리연산을 수행하는 단일 소자 기반 광컴퓨팅 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
연구 결과는 재료과학 권위지 Advanced Materials에 게재됐다.
연구팀은 할라이드 페로브스카이트 소재 내부에서 전하 이동을 정밀하게 제어하는 기법을 통해, 입력 광(빛)의 세기와 조사 위치만으로 소자 내 전류의 방향(±)을 전환시키는 원리를 규명했다.
이를 바탕으로 트랜지스터나 복잡한 외부 회로 없이도 하나의 소자에서 AND, OR, NOT 등 모든 기본 논리연산을 재구성해 실행할 수 있는 광컴퓨팅 소자를 구현했다.
개발된 소자는 외부 전원 없이 0V 상태에서도 동작하며, 소재 고유 특성만으로 연산 기능을 수행한다는 점에서 초저전력·고집적 응용에 적합하다.
또한 빛을 그대로 센서 입력으로 사용해 실시간으로 센싱과 연산을 결합하는 ‘센서-연산 융합’이 가능해 엣지 디바이스나 자율 센서 네트워크 등에서 큰 잠재력을 보인다.
권순철 교수는 “AI·IoT·자율주행 등에서 배터리 제약 환경에도 스스로 판단·연산 가능한 초저전력 엣지 AI 수요가 크다”며, “전자 이동 대신 빛으로 정보를 처리하는 광 기반 컴퓨팅이 차세대 핵심 기술이며, 단일 소자 광컴퓨팅 플랫폼은 산업적 필요를 빠르게 충족할 것”이라고 말했다.
이번 성과는 전력 소모와 발열, 회로 복잡성이라는 기존 전자식 반도체 기반 연산의 한계를 근본적으로 줄일 가능성을 제시한다.
다만 페로브스카이트 계열의 소재 특성상 장기 안정성(습기·열·광열화)과 대량 제조 공정의 확장성, 소자간 간섭 문제 등 상용화 전 해결해야 할 과제가 남아 있다. 연구진은 소재 안정성 향상과 공정 최적화를 통해 실용화를 추진할 계획이라고 밝혔다.