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김대식 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 특훈교수팀이 메타물질에 압력을 가해 표면 미세구조를 변형시킬 수 있는 원천 기술을 확보함.

메타물질을 활용하면 전자기파(빛)의 주파수나 파장, 위상 등을 바꿀 수 있음.

전자기파를 이 물질에 쪼이는 것만으로 이러한 현상이 가능함.

메타물질 표면을 채운 미세구조가 전자기파와 특정 상호작용을 하게 설계됐기 때문임. 이 때문에 미세구조가 고정되면 작동하는 전자기파 파장 영역이나 조절 가능한 전자기파의 특성이 제한되는 한계가 있었음.

김 교수팀이 개발한 기술은 메타물질 미세구조를 선형, 사각형 링 구조 등으로 다양하게 바꿀 수 있음.

미세구조에 낸 수십 나노미터 너비의 틈 덕분임.

미세구조는 유연 플라스틱 기판 위에 제작됐으며 기판을 움직여 압력을 가하면 틈이 열리고 닫혀 미세구조 모양이 바뀜.

미세구조 틈 넓이는 압력을 가하는 정도에 따라 피코미터 수준까지 조절할 수 있음. 터널링과 같은 양자 현상 조절도 가능함.

해당 기술을 적용한 메타물질은 다양한 파장 영역의 전자기파(의 주파수, 세기, 위상, 편광 등 빛 고유 특성을 제어할 수 있음.

실험 결과 가시광선을 비롯한 대부분 영역에서는 공진주파수가 2배 이상 바뀌었으며, 6G 통신주파수로 꼽히는 테라헤르츠 영역대에서는 빛의 세기를 99.9% 이상 조절할 수 있었음. 빛의 위상과 편광 제어도 가능했음.

이덕형 연구조교수는 "개발된 메타물질의 공진주파수 특성을 쓰면 혈당변화측정, 바이러스 검사 등에 유리할 것"이라고 내다봄.

바이러스 표피의 단백질 같은 생체분자는 고유의 진동수가 있는데 이 진동수를 메타물질의 공진주파수를 이용해 증폭하고 검출할 수 있기 때문임. 가변 공진주파수의 경우 한 번에 검사 가능한 물질 종류가 다양해질 수 있음.

김 교수는 "메타물질 변형 기술은 가시광선, 테라헤르츠영역 등 다양한 파장 영역대 전자기파의 특성을 바꿀 수 있어서, 6G 통신기술, 3D 홀로그램 기술 등에도 응용될 수 있을 것"이라고 기대함.

한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 이뤄졌음. UNIST, 서울대, 인천대, 서울과학기술대의 공동 연구로 수행되고 김다솜 연구원, 윤형석 연구원 등이 참여한 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제저널인 '나노 레터스' 지난달 12일 자로 온라인 출판됨.