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해외동향기술

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반도체 초격자 연구의 진보 ndsl 상세보기

과학기술분류

재료;물리학;전기/전자;정보/통신

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 공진,초격자,신호 처리 2. resonance,superlattice,signal processing

등록일

20181005

NDSL OPENAPI

초록
최근 중국, 스페인, 독일 (중국과학원 소주 나노기술 및 나노바이오 연구소, 국립 국방 대학교, 스페인의 레알 마드리드 제 3대학, 독일 Paul-Drude고체전자 연구소)은 공동 연구를 통해 소음을 이용하여, 고주파 약 신호를 검출하고 증폭하기 위한 양자 공진 터널링 효과에 의해 야기되는 다 자유도 비선형 동적 시스템을 갖는 반도체 초격자 소자에서 공간 및 시간 시퀀스를 유도 하고, 고주파 마이크로 신호를 검측하거나 증폭할 수 있게 되었다. 이 물리적 효과는 강한 노이즈에 숨겨진 알려지지 않은 약한 신호를 식별하거나 유용한 약한 신호를 노이즈 배경에 포함하고 복구하여 캡처된 유용한 신호를 암호화 할 수 있다. 예를 들어, 잡음이 많은 환경에서 대화 신호를 추출하고, 천문 관측을 수행하고, 레이더 신호 탐지, 이미지 처리 등을 수행하는 데에 이용할 수 있다. 현재, 이 연구 결과는 국제 저널 Physical Review Letter (PRL)에 2 개의 연속된 논문 형태로 발표되며 그 중 하나는 물리적 실험 연구 [PRL 121,086806 (2018)]에 중점을 두고 있으며 다른 하나는 수치 시뮬레이션에 관한 이론적 연구 [PRL 121, 086805 (2018)]에 관한 것이다. 연구진은 Al 함유량이 45 % 인 약 결합 형 초 격자 비선형 시스템인 GaAs / (Al, Ga) As에 잡음과 약한 주기 신호 결합을 적용하여 이상적인 물리적 결과를 얻었다. 잡음은 정지 상태 시스템이 주기 발진 모드로 들어가고, 결과적으로 coherent 공진이라 불리는 자기 여기 발진 주파수 범위가 약 100 MHz가 된다. 동시에, 이산되어 약결합된 초격자 cascade 공진 터널링 모델에 기초하여, 수행된 전자 전달의 수치 시뮬레이션은 실험 결과를 잘 재생해주고 있다. 진동 피크 간격의 표준 편차와 실험적 및 이론적 시뮬레이션에서 얻은 잡음 rms(root mean square) 값 간의 관계를 보여주는 그림에서 큰 차이가 없다. 또한, 노이즈 배경에서는, 주파수가 자기의 발진 주파수에 가까운 약한 주기 신호가 중첩되고, 비선형계의 coherent 공진 모드가 중첩된 약신호에 의해 위상dl 고정되고, 배경 잡음의 에너지가 약한 약신호로 변환되어, 신호는 신호 대 잡음비를 향상시키면서 증폭되는데 이러한 현상을 랜덤 공명이라고 한다. 이러한 종류의 랜덤 공진은 잡음 백그라운드에 잠기고, 기준 신호를 필요로 하지 않으며, 종래의 고정형 증폭기보다 짧은 적분 시간을 갖는 약한 신호를 검출하고 식별하기 위한 수동 잠금식 증폭기로 사용될 수 있다. 현재, 약한 신호를 검출하는 모든 방법은 수동적인 검출 모드가 아닌 능동적인 검출 모드인 알려진 기준 신호를 기반으로 하므로, 강한 잡음 배경에 숨겨진 알려지지 않은 신호를 식별하는 데 사용할 수 없다. 전형적인 고정상(록인) 증폭기는 수십 Hz에서 MHz까지의 기준 신호와 밀리 초 단위의 적분 시간을 필요로 한다. Coherent 공진의 넓은 주파수 범위에서, 초 격자 소자의 랜덤 공진 효과의 사용은 기준 신호 없이 알려지지 않은 미약한 신호의 검출 및 식별을 가능하게 하고, 처리된 신호의 적분 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 이 연구는 소쟁쟁(邵铮铮 , Shao Zhengzheng) 과 은지진(殷志珍 ,Yin Zhizhen) 이 공동 저자로 완성했으며, 소주 나노연구소의 과제팀의 모든 동료 및 Suzhou Nano Institute의 모든 동료와 M. Carretero, E. Mompo 및 S.W.Teitsworth의 연구 팀의 지원으로 이루어졌다. 중국 과학원 전략 시범 프로젝트 (XDA06010705),자연과학기금 (61070040 및 61204093), 국가 핵심 R & D 프로그램 (2016YFE0129400) 및 탐사 프로젝트 (7131266)에 대한 자금 및 지원으로 이루어졌다.