KAIST 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀이 기존 기술의 한계점을 극복한 메타표면 설계 기술을 개발했다.
2일 KAIST에 따르면 메타표면은 자연상에 존재하지 않는 물성(物性)을 띠도록 새롭게 만든 매우 얇은 2차원 평면구조를 뜻한다.
라이다(LIDAR), 분광기, 투명 망토, 홀로그램 등 미래 기술을 구현할 수 있는 파면 제어 기술의 강력한 후보이다.
동시에 나노미터 수준의 소자 크기로 인해 기존의 전자회로 칩에 집적할 수 있어 주목받고 있는 기술이다.
메타표면을 이용해 파면 제어 기술을 구현하기 위해서는 빛의 진폭과 위상을 제어할 수 있는 능력이 필수적이다.
그러나 동적으로 빛의 위상을 360도 제어하는 기술은 구현 난이도가 매우 높아, 기존 연구에서는 위상을 제어하는 데 성공하더라도 얻을 수 있는 빛의 진폭이 매우 낮다는 한계가 있었다.
이에 연구팀은 이러한 한계를 극복할 수 있는 360도 동적 위상변조가 가능하면서도 크고 일정한 빛의 진폭을 얻을 수 있는 메타표면 설계 기술을 개발했다.
연구팀은 특수한 성질을 가진 두가지 광학 공진을 이용했다.
하나는 위상과 진폭 특성이 분리돼 있어 위상이 변할 때 큰 진폭을 유지할 수 있는 광학 공진이고, 다른 하나는 위상변조 범위가 커 360도 제어를 가능케 하는 광학 공진이다.
연구팀은 이 두 가지 광학 공진을 결합함으로써, 동적 360도 제어가 가능하면서도 일정한 진폭을 유지할 수 있는 메타표면을 구현했다.
연구팀이 개발한 기술은 소자의 구조와 공진의 특성을 조절함에 따라 어떤 주파수 영역에도 적용 가능한 장점이 있다.
연구팀은 개발한 기술을 사용해 중적외선 대역에서 동작하는 그래핀 나노 리본 기반 메타표면 소자를 설계했으며, 65%의 일정한 반사계수를 유지하면서도 540도의 위상변조가 가능함을 전자기 시뮬레이션을 통해 확인했다.
장민석 교수는 “파면 제어 기술을 활용한 라이다와 홀로그램 등 차세대 광학 소자 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다”라고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 19일 게재됐다.
