나노기술 및 정책 정보

• 목록

한국과학기술원(KAIST) 신종화 교수 연구팀이 단단한 뼈의 구조를 모사해 비선형성을 크게 높인 메타물질(자연계에 존재하지 않는 새로운 광학 특성을 가진 물질)을 개발함. 비선형성은 입력값과 출력값이 비례 관계에 있지 않은 성질임. 영화 스타워즈에 나오는 '광선검'은 이 같은 비선형성을 이용해 잘 제어된 빛을 만들어내는 가상의 무기임.

광선검이나 빛만으로 구동되는 광컴퓨터 기술을 실현하기 어려운 이유는 강한 비선형성을 갖는 소재가 없기 때문임.

고출력 레이저를 사용해 초고속 광소자 기술을 구현하려는 연구가 진행되고 있지만, 값이 비싸고 대형 장비를 사용해야 하는 등 한계가 있음.

연구팀은 물질이 가진 유전 분극(전기장을 가했을 때 전기적으로 극성을 띤 분자들이 정렬해 물체가 전기를 띠는 현상) 특성을 매우 크게 조절함으로써 비선형성을 높이는 방법을 생각해냈음. 나노 금속판을 엇갈려 배열하면 분극이 공간을 촘촘하게 채우게 되면서 전체적으로 매우 큰 분극을 만들게 됨.

부드러운 단백질 망에 단단한 미네랄 판이 엇갈려 배열돼 있어 단백질보다 수천 배 단단한 동물 뼈의 구조를 모사했음. 기존 소자보다 에너지 효율은 8배 이상 뛰어나고, 신호 시간은 10분의 1로 짧음.

신종화 교수는 "레이저가 '센 빛'을 이용해 만든 발명 기술이라면, 이번 연구는 매우 큰 유전 분극 특성을 보이는 '센 물질'을 발견해 낸 것"이라며 "초고속 인공 신경망, 광소자 연구에 적용할 수 있을 것"이라고 말함.

본 연구 성과는 ‘Communications Physics’ 지에 게재됨