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물리 한방향으로만 빛을 진행하게 하는 새로운 메타 물질
2014.07.07 14:41
한방향으로만 빛을 진행하게 하는 새로운 메타 물질http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014070172&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-07-07 | |
| 미국 표준 기술 연구소의 과학자들은 나노구조 물질을 이용하여 마이크로파 또는 적외선 빛뿐만 아니라 가시광선 영역의 빛도 한 방향으로만 진행할 수 있는 디자인을 개발하였다. 이와 같은 구조는 광통신에 매우 유용할 것이다. 메타물질로 알려진 빛을 휘게 하는 구조는 여러 가지 흥미로운 특성을 가지고 있다. 이들 과학자들은 실버, 유리 및 크로뮴 나노구조를 제작하여 가시 광선의 빛만 차단시키고 다른 모든 빛은 통과시켰다. 이 디바이스는 언젠가 광정보 처리 및 새로운 바이오센싱 디바이스에 사용될 수 있을 것이다. 최근에, 과학자들은 마이크로파 또는 자외선 빛이 한 방향으로 진행하게 하는 나노구조 물질을 디자인하였다. 그와 같은 구조는 광통신에 응용될 잠재력이 있다. 예를 들면, 그것들은 광파동에 의해 전달되는 신호를 분리시키거나 또는 결합하는 포토닉 칩으로 통합될 수 있다. 그러나 지금까지,누구도 가시 광선의 빛을 한 방향을 전달하는 것을 성공시키지는 못하였다. 그 이유는 기존의 디바이스가 가시 광선의 짧은 파장을 조작할 수 있을 정도로 작은 스케일에서는 제작될 수 없기 때문이다. 이런 문제를 극복하기 위해서, 국립 표준 기술 연구소의 과학자들은 두 개의 빛 조절 나노구조를 결합하였다: 은과 유리판이 교대로 적층된 다중층 블록와 매우 좁은 간격을 가진 석쇠 모양의 금속 그레이트이다. 실버-유리 구조는 하이퍼볼릭 메타 물질의 예이다. 이것은 파동이 어느 방향으로 진행하는지에 따라 빛을 다르게 처리한다. 구조의 층은 단지 수십 나노미터 두께이기 때문에, 이 블록은 외부에서 안으로 들어오는 가시광선에 투명하지 않다. 그러나 빛은, 좁은 영역의 각도 안에서 물질 내부로 전파될 수 있다. 이들 연구진은 NIST의 나노제작 사용자 시설에서 박막 증착 기술을 이용하여 하이퍼볼릭 메타물질 블록을 제작하였다. 컴퓨터 시뮬레이션에 기반하여, 이들 연구진은 20개의 극도로 얇은 교대로 이루어진 이산화 실리콘 유리 및 실버층으로 블록을 만들었다. 외부 빛을 층 물질 안으로 유도하기 위해서, 이들 연구진은 블록에 좁은 파장 이하의 간격을 가진 크로뮴 그레이트 세트를 추가하였다. 이런 파장 이하의 간격은 입사되는 적색 또는 녹색 광파장을 휘게 하여 블록 내부에 충분히 진행할 수 있게 하였다. 두 번째 그레이트 세트는 빛이 물질을 벗어날 수 있게 해주는 반면에, 그것은 간격은 첫 번째 그레이트로부터 약간 다르게 설정되었다. 그 결과 역방향 그레이트는 입사되는 빛을 실버-유리층 안에서 충분히 전파되지 않거나 너무 많이 전파되도록 휘게 한다. 이들의 구조를 테스트한 결과, 이들 연구진은 빛이 전방향으로 후방향보다 30배 더 많이 통과하게 만든다는 것을 발견하였다. 이것은 지금까지 가시 광선으로 얻어진 어떤 것보다도 더 큰 대비이다. 기존의 방법을 이용하여 제작될 수 있는 물질을 결합하는 것은 가시 광선의 한 방향 송신을 얻기 위한 핵심이라고 연구진은 말하였다. 실버 및 유리 블록의 결합없이는, 그레이트는 현재 기술로 가능한 것보다 더 정밀하게 제작되거나 정렬되어야 할 필요가 있을 것이다. 연구진은 이런3단계 공정은 실제로 제작 조건을 완화시키는 것이라고 말하였다. 앞으로, 이 새로운 구조는 전기 대신에 빛으로 정보를 처리하는 포토닉 칩에 통합될 수 있을 것이다. 연구진은 이 디바이스가 또한 바이오센싱 응용을 위해 미세한 입자를 검출하는 데도 사용될 수 있을 것으로 생각하고 있다. 크롬 그레이트와 같이 나노스케일 입자들은 또한 빛을 충분히 급한 각도로 휘게 하여 하이퍼볼릭 물질을 통과하기에 충분하며 다른 쪽에서 나오게 할 수 있다고 연구진은 말하였다. 다른 쪽에서 나온 빛은 검출기를 통하여 모아진다. 연구진은 이와 같은 방법이 높은 대비입자 검출을 가능하게 해줄 것으로 내다보고 있다. 연구진은 이 디바이스가 매우 뛰어난 것으로서 빛송신의 급격한 변화를 통하여 표면 상에서 매우 작은 입자의 존재를 감지할 수 있는 것이라고 설명하였다. 첨부그림: NIST의 한 방향 메타물질. 전방향으로 이동하는 녹색광(왼쪽) 또는 적색광은 다중층 블록을 통하여 지나가며 회절 때문에 각도를 가지고 물질의 표면에서 나온다. 반대 방향으로 진행하는 빛은(오른쪽) 메타물질에 의해서 거의 여과되며 통과할 수 없다. | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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