놀라운 소식! 과학자들이 쌀알 크기의 결정체에 테라바이트급 데이터를 저장하는 기술 개발
데이터 저장 용량의 혁신이 눈앞으로 다가왔습니다. 최근 과학자들이 아주 작은 결정(crystal) 속에 엄청난 양의 데이터를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했다는 소식입니다. 마치 얇은 책 한 권에 도서관 전체를 담는 것과 같은 놀라운 기술인데요, 자세한 내용을 함께 알아볼까요?
원자 수준의 결함을 활용한 혁신적인 저장 방식
모든 디지털 시스템은 0과 1로 이루어진 비트(bit)를 사용하여 데이터를 저장하고 처리합니다. 하지만 기존 저장 장치의 크기는 물리적인 한계에 부딪혀 있었죠. 이러한 상황 속에서 시카고 대학교 프리츠커 분자 공학 연구소(UChicago PME, University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering)의 과학자들이 획기적인 해결책을 제시했습니다.
이들은 원자 수준의 결정 결함, 즉 원자가 있어야 할 자리에 없는 미세한 틈을 활용하여 데이터를 저장하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 결함들이 전하를 띨 수 있도록 조작하여, 마치 0과 1처럼 이진 데이터를 저장하는 것이 가능하게 된 것입니다.
연구의 제1 저자인 레오나르도 프랑카(Leonardo França)는 “자연 상태는 물론 인공적으로 만든 결정에서도 결함이 없는 결정은 찾을 수 없다”며, “우리는 이러한 결함들을 역으로 이용하는 것”이라고 설명했습니다. 결함을 없애려고 애쓰는 대신, 그 결함을 활용하여 새로운 기능을 만들어낸 발상의 전환이 놀랍습니다.
희토류 결정, 새로운 데이터 저장 매체의 가능성을 열다
이번 연구 결과는 ‘나노포토닉스(Nanophotonics)’ 저널에 발표되었는데요, 연구진은 이트륨 산화물(Yttrium oxide) 결정에 희토류 원소인 프라세오디뮴(praseodymium) 이온을 첨가하여 새로운 메모리 저장 시스템을 개발했습니다.
프랑카는 “결정이 충분한 에너지를 흡수하면 전자와 정공을 방출하고, 이 전하들이 결함에 포획된다”며, “우리는 이 정보를 읽을 수 있다. 전자를 방출시켜 광학적인 방법으로 정보를 읽어내는 것”이라고 덧붙였습니다. 마치 디지털 카메라의 이미지 센서가 빛을 감지하여 이미지를 기록하는 것과 비슷한 원리일까요?
이번 연구는 양자 과학, 광학 저장, 방사선 계측 분야의 융합적인 접근을 통해 이루어졌다고 합니다. 특히 방사선 측정기, 즉 병원이나 입자 가속기와 같은 환경에서 방사선 노출 수준을 모니터링하는 장치에 대한 연구에서 아이디어를 얻었다고 하네요.
프랑카는 “양자 시스템 연구에 대한 수요와 동시에 기존의 비휘발성 메모리의 저장 용량을 개선하려는 요구가 있다”며, “우리 연구는 양자 및 광학 데이터 저장 사이의 접점에서 진행되었다”고 설명했습니다. 양자 기술과 기존 데이터 저장 기술의 경계를 허무는 연구라는 점에서 더욱 의미가 깊습니다.
1mm³ 큐브에 테라바이트 데이터를? 꿈이 현실로!
연구를 이끈 티안 종(Tian Zhong) 교수는 “각 메모리 셀은 단일 원자 결함, 즉 하나의 빈 공간”이라며, “이제 1mm³ 크기의 작은 큐브 안에 테라바이트 단위의 비트를 담을 수 있다”고 강조했습니다. 상상하기 어려울 정도로 작은 공간에 엄청난 데이터를 저장할 수 있다는 것이 놀랍습니다.
이번 연구는 아직 초기 단계이지만, 미래 데이터 저장 기술의 혁신을 가져올 잠재력을 보여주고 있습니다. 언젠가 우리 손안의 작은 기기들이 테라바이트, 페타바이트를 넘어 엑사바이트급 데이터를 저장하는 시대가 올지도 모릅니다. SF 영화에서나 보던 기술이 현실로 다가오는 듯해서 정말 기대가 됩니다.