국내 연구진이 투명망토처럼 물체를 빛으로부터 감출 수 있는 물질을 개발했다. 스텔스와 전자기파 차폐기술 등에 활용할 수 있다.

광주과학기술원(GIST)은 기철식 고등광기술연구소 수석연구원 연구팀이 빛으로부터 물체를 감추거나 입사하는 빛의 위상 정보를 완전히 제거해 복원이 불가능하도록 만드는 광디렉분산물질을 개발했다고 8일 밝혔다.

디렉분산물질은 전자 에너지와 파장 관계가 원뿔 두 개로 이뤄진 모래시계 구조로 대표적으로 그래핀이 있다. 이와 유사하게 굴절률이 주기적으로 변하는 구조물에서 빛 주파수와 파장 관계가 일직선인 두 모드가 만나는 점을 디렉점이라 부른다. 디렉점 모드 유효 굴절률이 거의 0에 가까워 빛의 투명망토 현상과 같이 자연적으로는 불가능한 빛의 전파 현상을 보인다.

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<(a) 고주파수영역에서의 연속상태속박모드(BIC)와 파노공명모드(leaky). (b) 입사각에 따른 파노공명의 투과스펙트럼. (c) 디렉분산특성.>

연구팀은 광결정 퓨리에-조화 성분(주기적인 구조 주기에 해당하는 주파수 배수)과 광결정모드의 방사 손실 간 관계를 이해하고 특정 퓨리에-조화성분을 조작해 광디렉분산 특성을 갖는 광결정을 구현하는 이론적 방법을 제시했다.

기존 광결정을 이용한 디렉분산특성연구는 주로 광결정 주기보다 파장이 긴 낮은 주파수영역에서 이뤄졌으며 주기와 비슷한 파장의 고주파수영역에서는 보고된 바 없었다. 이는 광결정의 고차 퓨리에-조화성분간 상호간섭이 방사손실을 유도해 고주파수영역에서 디렉분산특성 구현을 저해하기 때문이다.

연구팀은 광결정 퓨리에-조화성분과 광결정 모드의 방사 손실 간 관계를 이론적으로 연구해 왔다. 고차 퓨리에-조화성분 간 상호작용이 디렉분산 특성뿐만 아니라 연속준위속박상태, 파노공명(방사모드와 속박모드 상호간섭에 의한 공명)과 밀접한 관련이 있다는 사실을 수치해석적으로 증명했다. 이 결과를 토대로 특정 퓨리에-조화성분을 조작해 디렉분산 특성, 연속준위속박상태, 파노공명 등도 고주파수 영역에서 구현하는 데 성공했다.

기철식 수석연구원은 “이번 연구는 퓨리에-조화성분과 광결정모드 방사 손실 간 연관성을 이해하고 그동안 보고되지 않았던 고주파수영역에서 디렉분산 특성, 연속준위속박상태, 파노공명 등을 구현하는 방법을 제시한 데 의의가 있다”며 “향후 스텔스기술, 전자기파 차폐기술, 고효율 비선형소자, 고감도 광센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

GIST 고등광기술연구소 이성구 박사, 김성한 박사, 기철식 수석연구원이 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부, GIST 연구원(GRI)의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 국제 저명 학술지인 '포토닉스 리서치' 온라인에 최근 게재됐다.

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<왼쪽부터 GIST 고등광기술연구소 기철식 수석연구원, 이성구 연구원, 김성한 연구원.>

광주=김한식기자 hskim@etnews.com