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● Bo Zhen 교수(University of Pennsylvania) 연구팀은 2차원 배열을 나선형으로 스태킹해 광-물질 상호작용이 용이한 메타원자 구조를 제작하는 방법을 개발

ㅍ연구팀은 이황화텅스텐(WS2) 층들을 스태킹한 후 일정 각도로 비틀어 나선대칭(screw symmetry) 구조를 구현했으며, 비틀림각에 따라 달라지는 대칭 구조와 그에 따른 비선형 키랄반응을 통해 공간적 배열에 의한 광-물질 상호작용 제한 정도를 제어함으로써 3차원 비선형 광학소재를 제작

● 연구팀은 층간 비틀림각을 조정함으로써 키랄반응을 직접 제어할 수 있고, 4의 배수로 층들을 스태킹하면 모든 경계면에서 발생하는 키랄반응이 중첩돼 평면 내(in-plane) 반응이 상쇄되면서 비선형감수율(nonlinear susceptibility)만을 보이는 소재를 설계할 수 있다는 사실을 발견

● 본 연구 결과는 메타원자 특성의 정밀제어가 어렵다는 기존의 기술적 한계를 극복하고 빛-물질 상호작용에 대한 뛰어난 선택성을 구현한 사례로, 메타물질 성능개선과 반응 제어가 용이한 첨단 광학소재 개발의 단초가 될 것으로 기대

Nature Photonics (2023.11.02.), Three-dimensional nonlinear optical materials from twisted two-dimensional van der Waals interfaces