국내 연구팀, 가시광선 굴절률 조절하는 메타소재 최초 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 미래창조과학부는 국내 연구팀이 분자조립제어 원리를 기반으로 빛의 굴절률을 광범위하게 조절할 수 있는 메타소재를 개발하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

김상욱 교수(한국과학기술원) 연구팀은 미래부 기초연구사업(개인연구) 및 나노·소재원천기술개발 사업의 지원으로 연구를 수행했다. 이번 연구는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션스 9월 29일자 온라인 판에 게재됐다.

김 교수 팀은 분자조립제어 기술을 통해 금속 나노입자간의 간격을 수 나노미터 수준으로 정밀하게 조절한 메타소재를 설계했다. 이 물질을 통해 가시광선이 5 이상의 높은 굴절률을 가질 수 있음을 세계 최초로 증명한 것. 이는 자연계에 존재하는 일반적인 물질의 평균 1~2 정도의 굴절률에 비해 높은 수치다.

또 개발된 메타소재의 금속 나노입자 간 간격은 5nm 이하로 균일하여 굴절률의 정밀한 조절이 가능하다. 굴절률은 유전율과 투자율의 곱에 제곱근으로 표현되는데, 이 두 변수 중 하나를 통제하고 나머지 변수를 조절한다면 굴절률의 광범위한 조절이 가능하다.

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특히 연구팀은 수축 공정을 통해 매우 근접하게 배열된 금속나노입자의 경우 강한 전기장이 유도돼 가시광 영역에서 매우 높은 양의 굴절률을 가질 수 있음을 증명했다.

김 교수는 "우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 움직임을 조절할 수 있다는 것은 태양전지나 LED와 같은 디스플레이 장치의 성능을 향상시킬 수 있다는 뜻"이라며 "이는 지금까지 불가능했던 초고배율의 현미경이나 초고해상도 반도체 장비 등의 새로운 과학 장비를 위한 아이디어도 제시할 수 있을 것"이라고 말했다.