나노기술 및 정책 정보

• 목록

NIST 연구팀이 수백만 개의 작은 이산화 티타늄 기둥이 패턴된 슬라이드글래스에 백색광을 비추어 "진주 귀걸이를 한 소녀(네덜란드 예술가 Johannes Vermeer의 걸작)"의 빛나는 색조와 미묘한 음영을 놀라운 충실도로 재현했음. 이 방식은 광통신을 개선하고 지폐의 위조방지에 적용될 잠재력을 가지고 있음. 예를 들어, 광섬유에서 이동하는 빛의 특정 색상 또는 파장을 추가하거나 제거하여 광섬유가 전달하는 정보의 양을 제어할 수 있으며, 강도를 변경함으로써 광신호가 광섬유에서 장거리를 이동할 때 광신호의 세기를 유지할 수 있음. 이 방식은 위조하기가 매우 어려운 작지만 복잡한 색상 세부사항으로 지폐를 "칠"하는 데 사용될 수도 있음. 다른 과학자들은 이전에 다양한 크기의 작은 기둥 또는 나노기둥을 사용하여 백색광으로 조명될 때 특정 색상을 포착하고 방출하였음. 높이가 약 600 나노미터 또는 머리카락 지름의 100 분의 1 미만인 나노기둥의 패턴은 기둥이 가두어 방출하는 빛의 특정 색상을 결정함. 이러한 기술에 대한 까다로운 테스트를 위해 연구팀은 나노기둥이 Vermeer와 같은 친숙한 그림의 색상을 얼마나 잘 재현하는지 조사했음. 이전의 여러 연구팀이 특정 출력 색상 팔레트를 생성하기 위해 빨간색, 녹색 또는 파란색 빛을 나타내도록 크기가 조정된 수백만 개의 나노기둥을 성공적으로 배열했지만 이러한 색상의 강도를 제어할 방법은 없었음. 색상의 강도 또는 밝기는 이미지의 빛과 그림자 (키아로 스쿠로)를 결정하고 Vermeer 그림의 특징인 원근감과 깊이감을 전달하는 능력을 향상시켜줌. 이제 NIST 연구팀은 빛의 특정 색상을 포착하고 방출 할뿐만 아니라 다양한 각도로 편광을 변화시키는 나노기둥을 제작하여 처음으로 색상과 강도를 제어하는 ​​방법을 시연했음. 새로운 작업에서 NIST 연구팀은 원형 단면이 아닌 타원형 단면을 가진 이산화 티타늄의 나노기둥을 제작했음. 원형 객체는 단일 지름을 갖지만 타원형 객체에는 긴 축과 짧은 축이 있음. 연구팀은 나노기둥을 설계하여 각각의 위치에서 그들의 장축이 들어오는 백색광의 편광과 더 정렬되거나 덜 정렬되도록 했음. 나노기둥의 장축이 들어오는 빛의 편광방향과 정확히 일치한다면 투과된 빛의 편광은 영향을 받지 않음. 그러나 장축이 입사광의 편광방향에 대해 어떤 각도(예 : 20도)만큼 회전하면 나노기둥은 입사광의 편광을 이 각도의 두 배(이 경우 40도)만큼 회전시킴. 슬라이드글래스의 각 위치에서 나노기둥의 방향은 특정 ​​양만큼 전달되는 적색, 녹색 또는 청색 빛의 편광을 회전 시켰음. 각 나노기둥에 의해 부여된 회전, 그 자체만으로는 어떤 식으로 해도 투과된 빛의 강도를 변경시키지 못함. 그러나 슬라이드글래스 뒷면에 특수 편광필터를 배치하여 그 목표를 달성했음. 필터는 원래의 편광을 유지하던 빛이 통과하지 못하도록 방향을 잡음.(선글라스는 거의 동일한 방식으로 작동함. 렌즈는 수직 편광필터 역할을 하여 수평 편광 눈부심의 강도를 줄여줌.) 이러한 조건은 나노기둥이 입사광의 편광을 변경하지 않고 그대로 두었던 슬라이드글래스의 모든 위치에 해당됨. 이러한 영역은 먼 화면에 어두운 점으로 투영됨. 반면에 나노기둥이 입사된 백색광의 편광을 회전시킨 곳에서 필터는 일정량의 적색, 녹색 또는 청색 빛이 통과하도록 허용함. 양은 회전각도에 따라 달라짐. 각도가 클수록 투과되는 빛의 강도가 커짐. 이러한 방식으로 연구팀은 처음으로 색상과 밝기를 모두 제어할 수 있었음.

본 연구 성과는 ‘Optica’ (“Photorealistic full-color nanopainting enabled by a low-loss metasurface”) 지에 게재됨