■ 투명 망토처럼 물체를 감출 수 있는 물질 개발

■ 투명 망토처럼 물체를 감출 수 있는 물질 개발

 

● 스텔스 기술, 전자기파 차폐 기술, 고감도 광센서 등에 활용 기대

 

GIST(광주과학기술원) 고등광기술연구소의 기철식 수석연구원 연구팀은 투명망토처럼 빛으로부터 물체를 감추거나 입사하는 빛의 위상 정보를 완전히 제거하여 복원할 수 없게 하는 광디렉 분산 물질(Photonic Dirac dispersion material)을 개발했다. 광디렉 분산 물질(Photonic Dirac dispersion materials)이란 디렉콘(Dirac cone)혹은 디렉 분산 물질은 전자의 에너지와 파장의 관계가 원뿔 두 개로 이루어진 모래시계 구조의 물질로 대표적인 물질이 그래핀(graphene)이다. 이와 유사하게 굴절율이 주기적으로 변하는 구조물에서 빛의 주파수와 파장의 관계가 일직선인 두 모드가 만나게 되는데, 이 점을 디렉점(Dirac point)이라 부른다. 디렉점 모드의 유효 굴절률이 거의 영에 가까워 빛의 투명망토 현상과 같이 자연적으로는 불가능한 빛의 전파 현상을 보인다.

 

연구팀은 광결정의 퓨리에-조화 성분들과 광결정 모드들의 방사 손실 간의 관계를 이해하고, 특정 퓨리에-조화 성분들을 조작하여 광디렉 분산 특성을 갖는 광결정을 구현하는 이론적 방법을 제시했다. 기존의 광결정을 이용한 디렉 분산 특성 연구는 주로 광결정의 주기보다 파장이 긴 낮은 주파수 영역에서 수행되었으며, 주기와 비슷한 파장의 고주파수 영역에서는 보고된 바 없었다. 광결정의 고차 퓨리에-조화 성분들간의 상호 간섭이 방사 손실을 유도하여 고주파수 영역에서 디렉 분산 특성 구현을 저해하기 때문이다.

 

연구팀은 광결정의 퓨리에-조화 성분들과 광결정 모드들의 방사 손실 간의 관계를 이론적으로 연구해 왔으며, 이번 연구를 통해 고차 퓨리에-조화 성분들간의 상호 작용이 디렉 분산 특성 뿐만 아니라 연속 준위 속박 상태와 파노 공명과 밀접한 관련이 있음을 수치 해석적으로 증명했다. 이 결과를 바탕으로 특정 퓨리에-조화 성분들을 조작하여 디렉 분산 특성, 연속 준위 속박 상태, 파노 공명 등도 고주파수 영역에서 구현했다.

 

이성구 박사후 연구원과 기철식 수석연구원은 “이번 연구는 퓨리에-조화 성분들과 광결정 모드들의 방사 손실 간의 연관성을 이해하고, 그동안 보고되지 않았던 고주파수 영역에서 디렉 분산 특성, 연속 준위 속박 상태, 파노 공명 등을 구현하는 방법을 제시한 데 의의가 있다. 향후 스텔스 기술, 전자기파 차폐 기술, 고효율 비선형 소자, 고감도 광센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. GIST(광주과학기술원) 고등광기술연구소의 이성구 박사, 김성한 박사, 기철식 수석연구원이 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부, 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘포토닉스 리서치(Photonics Research)’에 2021년 05월 27일자 온라인으로 게재됐다.