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문제 정의
- 본 원고에서 물질의 고유 흡수 피크에 공명 주파수를 맞춘 메타물질을 이용하여 테라헤르츠 영역에서 미량의 생화학 분자를 매우 높은 민감도로 측정할 수 있는 방법을 소개하였다. 이를 위해 특정 테라헤르츠 주파수에서 강한 공명을 일으키는 메타물질의 원리와 제작 방법을 먼저 소개하였다.
- 메타물질에 관한 연구는 빛의 전 파장 영역에 걸쳐 활발하게 수행되고 있으며, 이는 기존의 테라헤르츠 분광법의 성능을 향상시켜 관련 연구에 더욱 박차를 가할 것으로 기대를 모으고 있다. 본 원고에서는 테라헤르츠 분광법 고유의 분자인식 특성을 잘 살리면서도 메타물질을 이용하여 민감도를 극대화시켜, 고민감도 고선택성 테라헤르츠 분광법을 구현하는 방법과 이 기술의 응용에 대하여 자세하게 소개하고자 한다.
- 이를 해결하기 위하여 메타물질을 이용할 수 있는데, 메타물질 등으로 테라헤르츠파의 특정 분자에 대한 흡수 단면적(absorption cross section)을 늘리는 것이 그 원리이다. 본 장에서는 테라헤르츠 주파수 대역의 메타물질의 기본적인 특성과 이를 고민감도 분자 센서로 이용하기 위한 구체적인 방법을 소개하고자 한다.
- . 이 연구에서는 기존의 테라헤르츠 분광법으로는 검출할 수 없었던 극미량의 RDX 분자(폭발물 분자)를 테라헤르츠 메타물질을 이용해 검출하는 방법을 소개하였다. RDX 분자는 테라헤르츠 주파수 대역에 고유의 흡수 피크(공명 주파수)를 가지고 있으며, 메타물질을 이용하여 흡수 피크가 있는 주파수에서의 흡수단면도를 선택적으로 증폭시켜 미량의 RDX 분자를 검출하는 원리이다.
- 이때, 잔류 농약은 농작물의 표면에 주로 흡수되어 있으나, 직접적인 검출이 쉽지 않아, 주로 추출, 분배, 정제, 기기 내 성분 분석 순으로 복잡한 과정과 단계를 거쳐야만 하며, 이는 수 시간을 필요로 한다. 이러한 복잡한 과정을 거치지 않고, 단시간 내 비파괴 검사가 가능한 테라헤르츠 메타물질을 이용한 비접촉 측정법을 소개하고자 한다.
- 전자기파를 집속 및 증폭시키는 기술은 테라헤르츠 영역에서 고유 흡수 피크를 갖는 물질을 미량 검출하는데 이용될 수 있으며, 이를 잔류 농약 검출에도 응용하고자 한다. 농작물을 병과 해충으로부터 보호하기 위해 각종 농약이 개발되어 사용되어 왔으나, 농작물 속에 미량 흡수되어 남아있는 문제가 발생하여 유통 전 잔류 농약을 검출하여 안전관리가 필요한 상황이다.
- 테라헤르츠 메타물질의 작동 원리 및 주요 성능을 결정하는 주요 요소들을 소개하기 위하여 빛이 좁은 구멍 형태의 구조물을 통과할 때 일어나는 공명 현상을 먼저 설명하고자 한다. 금속면에 뚫린 형태로 제작되는 비어 있는 구멍의 기하학적 구조는 투과하는 빛의 공명에 결정적인 영향을 준다.
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