활성 나노플라스모닉 메타물질

전문가 제언

○ 메타물질(metamaterial)은 기존 물질의 원소(단위정)들을 규칙적으로 배열, 재조립한 인공물질로서, 그 구조의 특이성 때문에 음의 굴절률, 투자율 등 일반 물질과 전혀 상반되는 성질을 나타낸다. 그중 플라스모닉 메타물질(Plasmonic Metamaterial, PM)은 입사광과 금속-유전체(예: 공기) 복합체의 충돌 결과물인 표면 플라스몬(surface plasmon)을 이용한 것으로서, 구성원소가 가시광선의 파장보다 더 작기 때문에 회절한계에 구애받지 않는 이점이 있다.

○ 플라스모닉 메타물질의 문제점은 입사광과 플라스모닉 메타물질의 전도전자의 상호작용이 야기하는 방산성 광학적 손실(dissipative optical loss)이 크다는 점이다. 이 문제를 해결할 수 있는 가장 유망한 방법은 금속 표면에 밀접하게 적당한 유전체를 이득매체(gain medium)로 배치하여 그 손실을 보상하는 것이다. 유기염료나 플라스틱 또는 양자우물이나 양자점 같은 고상 이득매체가 연구되고 있다. 이득매체로 강화된 활성 플라스모닉 메타물질은 입사광의 손실 보상은 물론 증폭과 나노레이저의 발진에 이용될 수 있다.

○ PM은 원래 1967년 러사아의 Veselago가 이론적으로 예측한 것이 현실화된 것이다. 따라서 구미에서는 원하는 성질의 PM을 설계, 제조하기 위한 복잡한 이론들에 대한 연구가 활발하다. 그런 이론들을 바탕으로 한 메타물질의 연구가 소리(2000), 마이크로파(2003), 가시광선(2008)의 순서로 발전하고 있다. 메타물질의 응용분야는 슈퍼렌즈, 나노레이저, 생물/화학 센서, 스텔스 무기, 투명망토 등 과학기술 전반을 망라하고 있다.

○ 국내에서도 몇몇 대학과 기업들에서 메타물질 RF소자, 여파기 및 안테나를 연구하여 국제특허를 획득하고 있다. 투명망토의 경우 연세대의 김경식 교수팀이 물체의 모양에 상관없이 적용할 수 있는 신축성 스마트 메타물질을 개발하였다. 비록 가시광선이 아닌 마이크로파에서 작동하지만, 메타물질 투명망토의 실용화를 크게 앞당긴 쾌거라 할 수 있다. 향후 PM에 대한 국내 연구도 기대된다.

저자

O. Hess, J. B. Pendry, S. A. Maier, R. F. Oulton, J. M. Hamm and K. L. Tsakmakidis

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2012

권(호)

11

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

재료

페이지

573~584

분석자

심*주

분석물

• 활성 나노플라스모닉 메타물질.pdf [381,019 byte]

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