빛의 기술 ‘테라헤르츠파(THz)’의 비밀

테라헬츠파(THz)는 미국, 러시아, 일본의 과학자들이 연구하는 향후 빛의 기술로 대략 2020(통신용)~2045(진단/치료용)에 상용활 될 것으로 예측된다.

파장이 짧은 가시광선(Visible light)과 파장이 긴 마이크로파(Microwabe, 극초단파) 사이에 위치한 적외선(IR) 영역의 파장을 말합니다. 일본의 과학자들은 이를 물질파(matter wave)라고 부른다.

화석을 포함하는 암반, 식물, 그리고 물이나 토양에는 광물들인, 칼슘(Ca=Calcium), (P=Phosphorus), 염소(Cl=Chlorine), 나트륨(Na=Natrium/Sodium), 리튬(Li=Lithium), 칼륨(K=Potassium/Kalium), (S=Sulfur/Thion), 셀렌/셀레늄(S=Selen/Selenium), 게르마늄(Ge=Germanium), 실리콘(Si=Silicon) 등과, 금속들인 금(Au=Aurum/Gold), (Ag=Argentum/Silver), (Fe=Ferrum/Iron), 구리(Cu=Cuprum/Copper), 마그네슘(Mg=Magnessium), 망간(Mn=Manganese), 아연(Zn=Zinc), 티타늄(Ti=Titanium) 등 약40 종류의 미네랄(mineral)이 포함되어 있다.

이 중 칼슘, 셀렌, 리튬, 나트륨, , 구리, 게르마늄, , 칼슘, 아연 등은 생명의 흔적을 갖고 있는 미네랄로서 물에 쉽게 녹기 때문에 메조구조화(Mezoscopic Structures, 원자의 103~5) 즉 의사수화결정체(擬似水和結晶體)가 된다.

이들 미네랄 중 6개의 미네랄들인 칼슘, , 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 염소, 황의 원자들을 추출하여, 미네랄 원자들을 사슬처럼 엮고 두드려서, 다시 말해 물리결합으로, 5나노~50나노 크기의 표면 플라즈몬(surface plasmon)의 메조구조화를 만든 후, 극성을 주면 자기(自己) 기전력(起電力) 즉 전자기장을 발생하게 된다.

그 다음 이 메조구조물을 물이 회전하는 통에 넣어 또 다른 미네랄을 첨가하면서 성장시키고, 외부에서 필요한 테라헬츠파를 쏘아 각인시켜 주면 메조구조물은 각인된 테라헬츠파를 방사하게 된다.

물에 녹아 있는 이러한 가공된 미네랄을 미네랄 워터(mineral water)라고 하며, 각인된 테라헬츠파를 내는 광원인 표면 플라즈몬 메조구조체를 마이크로 크리스털(micro crystal)이라 한다.

스스로 기전력이 있으므로 아인슈타인(Albert Einstein)의 광전효과(photoelectric effect)에 따라 태양 빛이나 태양풍의 전자입자가 마이크로 크리스털에 닿으면 각인된 테라헬츠파와 전기를 발생하게 된다.

또한 마이크로 크리스털은 물에 녹아 있지만, 물이 증발해도 같은 에너지 및 테라헬츠파를 발생시킨다. 그 존속기간은 650만년이다. 다시 말해 650만년이 지날 때까지 태양 빛만 받으면 지속적으로 각인된 테라헬츠파를 발생시킨다는 뜻이다. 이와 같은 플라즈몬 물질을 서구에서는 메타물질(Metamaterial)이라고 한다.

서브밀리미터파(0.3THz~3THz)의 테라헬츠파는 통신용으로 연구되고 있으며, 중적외선 영역(12THz~120THz)의 테라헬츠파는 물에 흡수되어 공명하므로, 우리 몸을 이루는 70%의 물과 공명한다.

또한 원적외선 영역(3THz~12THz)의 테라헬츠파는 물을 포함하고 있는 218개의 장기, DNA, 단백질, 효소 등과도 공명한다. 공명한다는 것은 주파수가 같으므로 해롭지 않다는 뜻이다. 그러므로 오늘날의 인체에 해가 되는 X-선을 대체할 것이란 의미이다.

따라서 이 기술을 잘 활용하면 신약개발은 물론 의약, 식물성장, 영상기술, 에너지, 환경, 건강 등에 획기적인 과학적 진보가 있을 것이다.

울산과학기술대학교(UNIST) 김경록 교수 연구팀은 기존의 실리콘 반도체를 이용하여 테라헤르츠파(THz) 주파수를 발견했다는 보도이다. 이는 통신용 주파수이다. 참 대단하다. (IT NEWS 기사 참조). 

 

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩기술경영연구소(주), 국제미래학회 과학기술위원장, (사)창조경제연구회 이사, (사)한국지식재산상업화협회 부회장, 연세대학원/KAIST IP-CEO 겸임교수