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물리 광학 메타표면의 비선형 효과
2015.05.10 22:57
광학 메타표면의 비선형 효과http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015050031&service_code=03 |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-05-05 | |
| “메타물질(metamaterials)”은 자연에서 관찰할 수 없는 물질 속성을 드러내는 인공 물질을 표현하는데 사용된다 일반적으로, 그들의 특별한 특성은 화학적 속성에서 드러나기보다는 그들의 구성 요소들이 정렬하는 방식에 의해 나타난다. 대부분의 경우, 그것들은 그들이 영향을 주는 현상의 파장보다 작은 규모에서 반복되는 패턴으로 배열한다. 그러한 모양이나 형상, 크기, 방향 및 배열을 정확히 조정하면, 조작된 속성을 가진 물질을 성취할 수 있다. 공진 메타물질 소자로 이루어진 이차원 박막 평면 구조를 메타표면 (metasurfaces)이라고 부른다. “메타표면은 최근 고유한 기능과 다수의 잠재적 응용을 가진 평면 광학 소자의 차세대 실현을 목표로 한 우리의 기대에 그 가능성을 제시했다”고 최근 발표한 논문에서 Yuri S. Kivshar가 지적했다. “메타표면은 메타물질 물리의 새로운 패러다임이 되고 있으며, 메타물질 개념의 많은 흥미로운 실현을 제시하고 있다”고 그는 말했다. 다양한 응용 프로그램 실현을 향한 메타물질 분야의 논리적 연장이 되고 있는 메타표면은 최근 빠르게 성장하는 여러 연구 분야의 대상이 되고 있다. 그들의 연구에서, Kivshar와 호주 국립 대학(Australian National University), 그리고 모스크바 대학(Lomonosov Moscow State University)의 연구진은 이에 관한 기본 개념을 소개하였다. 그들은 또한 중요한 역사적 측면을 요약함과 동시에, 포토닉 메타표면의 가장 흥미로운 속성에 대한 개요를 제공하고, 주파수 선택이나 파면 형태, 그리고 편광 제어와 같은 유용한 기능들을 시연하였다. 연구진은 메타표면의 주파수 변환을 성취하는 방법을 논의하고, 더불어, 비선형 효과(nonlinear effects)가 메타표면 공학의 도움으로 향상될 수 있음을 입증했다. 메타물질 성능의 극적인 향상을 이끌 수 있는 최근 발전 중 하나는 유전체 실리콘 디스크의 단층 배열과 같은 광학적 공진 유전체 메타물질 구조 사용과 관련하고 있다. 이러한 공진 유전체 메타표면은 높은 지수의 유전체 나노입자의 전기 및 자기 미 공명(magnetic Mie resonances) 모두를 적용한다. 자기 미 공명 상호 작용의 가장 현저한 예는 최근에 실현된 무손실 파면 조작 및 레이저 펄스 압축에 사용될 수 있는 고효율 전체-유전체 호이겐스 메타표면(all-dielectric Huygens metasurfaces)에서 발견할 수 있다. 메타표면 연구에 대한 또 다른 최근의 중요한 관심은 그래핀(grapheme)과 메타표면 물질로서의 그래핀 기반 구조를 적용하는 것이다. 예를 들어, 그래핀층 나노구조에서 밀집한 나노디스크 배열은 스팩트럼 적외선 영역에서의 광 흡수를 극적으로 향상시켰으며, 이러한 향상된 흡수는 전압을 이용하여, 효율적으로 조정할 수 있다. 연구진은 이 미래 기술은 현대 실리콘 포토닉스를 훨씬 뛰어넘는 광자 통합과 에너지 효율성의 실질적인 증가를 실현할 것이라고 말했다. “그러한 진보는 물질 수준에서 새로운 광자 기능을 내장하고, 메타장비의 새로운 패러다임을 생성할 때만이 이루어질 수 있다”고 연구진은 덧붙였다. 가변 광자 메타표면은 많은 새로운 흥미로운 기능(가변 초점과 같은)을 추가할 수 있다. 메타표면에 의한 비선형 효과의 조정과 향상은 주파수의 상향 및 하향 변환 과정에서 활용된 혼합 주파수 효율성을 향상시키고, 광파의 전체-광학 서브파장 제어(all-optical subwavelength control)를 위한 새로운 방법을 이끌 수 있을 것이다. (그림) 광학 메타 표면(metasurfaces)은 빛을 강하게 상호 작용하는 박층 서브 파장 무늬 구조이다. 이들의 비선형 효과는 메타 표면 공학의 도움으로 향상시킬 수 있다. |
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자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다.
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