일본 도호쿠대학 연구팀이 와이파이나 블루투스 같은 무선 통신 신호에서 전력을 생성해 전자 기기를 구동할 수 있는 기술을 개발했다.
우리 주변에는 와이파이나 블루투스 등에서 발생하는 무수한 통신 신호가 존재하며 이런 신호가 가진 에너지를 활용해 배터리나 전원이 없어도 영구적으로 작동하는 전자 기기를 실현할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 하지만 일반 통신 신호 강도는 -20dBm 이하로 약하며 이 미약한 에너지로 전자 기기를 구동하기에 충분한 전력을 생성하는 기술은 지금까지 존재하지 않았다.
이번에 도호쿠대학 전기통신연구소와 싱가포르 국제대학 등이 포함된 국제 연구팀은 스핀트로닉스 기술을 기반으로 미약한 통신 신호에서 효율적으로 직류 전압을 추출할 수 있는 나노스케일 스핀 정류기를 개발했다.
개발된 스핀 정류기는 코발트, 철, 붕소 화합물과 산화 마그네슘으로 구성된 자기 터널 접합으로 이뤄져 있다. 연구팀에 따르면 통신 신호를 직류 전압으로 변환하는 효율을 높이기 위해 자기 터널 접합 형상, 자기 이방성, 터널 장벽의 특성 등을 고려해 설계했다고 한다.
단일 스핀 정류 소자를 사용한 실험에서는 -62dBm에서 -20dBm 범위 통신 신호 입력에 대해 1만mV/mW의 효율로 직류 전압을 추출하는 데 성공했다. 또 스핀 정류 소자 10개를 직렬 연결한 경우 -50dBm의 입력에서 3만4500mV/mW 효율로 직류 전압으로 변환하는 데 성공했다.
또 스핀 정류 소자 10개를 직렬로 연결한 실험에서는 -27dBm이라는 미약한 전파로 상용 온도 센서를 구동할 수 있는 전력을 발생시키는 데 성공했다.
연구팀은 이번 실험 결과와 수치 계산을 비교해 이번에 얻어진 특성이 전압에 의해 자기 이방성이 변화하는 현상을 통한 자기 파라메트릭 여기에서 기인한 것이라고 분석했다. 연구팀에 따르면 파라메트릭 여기는 시스템의 매개변수를 시간적으로 변화시켜 시스템 진동이나 응답을 증폭시키는 현상이라고 한다.
연구팀은 향후 단일 소자 수준에서의 변환 효율 향상, 온칩 안테나와의 집적화, 소자 직렬·병렬 연결을 통한 대출력화를 목표로 연구를 이어갈 계획이라고 밝혔다. 연구팀은 이런 연구를 통해 이 기술의 사회 구현을 위한 구체적인 전망이 열릴 것으로 기대된다고 말했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.