광학적 특성 기억하는 '메모리 메타물질' 개발(02.24)

 

민범기 KAIST 교수 "초박형 광학 소자 응용 가능"

 

박성민 기자 (sungmin8497@hellodd.com)

 

 

광학적 특성을 기억할 수 있는 메모리 메타물질이 개발됐다.

 

KAIST(총장 강성모) 민범기 기계공학과 교수 연구팀은 메타물질의 광학적 특성을 기억할 수 있는 메모리 메타물질과 이를 응용한 논리연산 메타물질을 개발했다고 24일 밝혔다.

 

메타물질은 자연에서 발견되지 않은 특이한 광학적 성질을 얻고자 인위적으로 설계된 물질이다. 빛의 파장보다 훨씬 짧은 구조물로 구성되며 고해상도 렌즈나 투명망토 등에 응용할 수 있어 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

 

그러나 메타물질의 변조된 광학적 특성을 유지려면 외부자극이 지속적으로 공급돼야 하므로 많은 전력이 소모된다. 이를 극복하고자 외부자극 제거 후에도 변조된 특성을 유지할 수 있는 메모리 메타물질 개념이 등장했다.

▲메모리 메타물질의 구조도. 전극 배열, 강유전체, 그래핀, 메타원자, 폴리이미드 기판으로 구성돼 있고 k 방향으로 입사하는 빛의 전기장(E)은 전극 배열과 수직이다. <사진=연구팀 제공>

 

메모리 메타물질은 변화된 광학적 특성을 기억한다는 장점이 있다. 하지만 기존에 보고된 메모리 메타물질은 고온에서만 기억되거나 부피가 큰 광학적 장치에 의해서만 동작 가능해 현실적 응용에는 한계가 있었다.

 

연구팀은 메타물질에 그래핀과 강유전체 고분자를 접목시켰다. 강유전체 고분자는 탄소를 중심으로 불소, 수소가 결합한 분자로 외부 전압의 극성에 따라 회전할 수 있다.

 

강유전체 고분자는 상온에서도 안정적인 변화 상태를 유지할 수 있고, 그래핀과 접촉돼 메모리 성능을 개선하고 초박형으로 제작할 수 있다. 또 빛의 편광 상태와 다중 상태도 기억할 수 있다.

 

연구팀은 또 메모리 메타물질의 원리를 응용해 논리 연산이 가능한 논리연산 메타물질을 개발했다. 논리연산 메타물질은 단일 입력에 의해서만 변조 가능했던 기존 메타물질의 단점을 해결했다.

 

연구팀은 그래핀을 두 개의 강유전체 층과 샌드위치 구조를 가진 메타물질을 제작해 두 전기적 입력의 논리 연산 결과가 광학적 특성으로 출력되도록 만들었다. 다중 입력에 의한 조절이 가능해져 메타 물질의 특성을 다양하게 변화시키고 조절할 수 있는 방법론을 제시했다.

 

민범기 교수는 "메모리 메타물질을 통해 저전력으로 구동 가능한 초박형 광학 소자에 응용 가능할 것"이라고 전망했다.

 

한편, 이번 연구결과는 과학전문지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난달 27일자 온라인 판에 게재됐다.