UNIST, 빛 파장 선택적으로 바꾸는 평면 구조체 '메타표면' 개발

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 작고 얇은 평면 구조체(메타표면)를 통해 장파장 중적외선을 파장이 더 짧은 중파장 중적외선으로 바꾸는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 이종원 교수 연구팀이 입사되는 빛의 원편광(원형으로 진동하며 뻗어가는 빛 성분) 회전 방향에 따라 빛 파장을 선택적으로 바꾸는 새로운 메타표면을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구팀에 따르면 메타표면은 빛 파장보다 훨씬 크기가 작은 인공 구조물인 '메타아톰'이 표면에 빼곡하게 배열된 평면 구조체다.

개발된 메타표면에 입사된 빛은 원편광 회전 방향에 따라 파장이 2분의 1 또는 3분의 1 크기로 줄어든 새로운 파장의 빛으로 변환된다.

이 특성을 이용하면 상용화된 장파장 중적외선 레이저 빛을 메타표면에 쏘아 파장이 짧은 중파장 중적외선 영역 빛을 쉽게 얻을 수 있다.

중적외선을 이용한 흡수분광분석은 물질 분석법 중 가장 높은 정확도와 식별력을 가지고 있다.

흡수분광분석은 빛을 물질에 흡수시켜 성분을 분석하는 것을 말하는데, 기존 중적외선 영역 빛을 내는 레이저 광원은 나노미터(㎚·100만분의 1㎜) 두께의 반도체를 수천 겹가량 쌓아 만들기 때문에 제조 과정이 까다롭다.

또 광원 하나 가격도 비쌀뿐더러 광원 하나로 전체 중적외선의 일부만 만들 수 있다는 문제가 있다.

연구팀이 개발한 메타표면을 사용하면 하나의 중적외선 레이저로 3∼12㎛(마이크로미터·1천분의 1㎜) 중적외선 대부분 영역을 포함하는 빛 생성이 가능하다.

상용화된 9∼12㎛ 가변파장 중적외선 레이저 빛의 우원편광 성분으로는 4.5∼6㎛의 파장 대역 빛을, 좌원편광 성분으로는 3∼4㎛의 파장 대역 빛을 만들 수 있다.

이종원 교수는 "상용화된 중적외선 레이저와 하나의 메타표면을 이용해 여러 대의 중적외선 레이저를 보유한 것과 같은 효과를 얻을 수 있음을 증명했다"며 "개발된 메타표면은 광대역 중적외선 광원뿐만 아니라 고효율 비선형 홀로그램, 초고감도 카이랄 센서, 비선형 광 정보처리 소자 등 다양한 신개념 평면 광학 소자에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters) 11월 11일 자로 출판됐다.

연구 지원은 한국연구재단 중견연구자지원 사업, 나노·소재 기술개발 사업 등을 통해 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

제보는 카카오톡 okjebo <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2020/12/17 17:57 송고