초록 ▼

본 연구실은 총 3년의 연구 기간 동안 음향 메타물질의 제작과 응용에 관한 연구 활동을 활발하게 해왔습니다.
기존에 연구되어 왔던 메타물질의 연구는 전자기파에서 국한되어 왔습니다. 또한 국내에서도 음향학적 메타물질을 연구하는 연구실이 없었습니다. 본 연구실은 국내에서 최초로 음향메타물질을 연구하는 연구실로서 기존에 전자기파의 메타물질의 패러다임을 벗어나서 본 연구실만의 독자적인 기술 개발과 음향 메타물질 제작에 많은 연구를 하였습니다.
다음과 같이 본 연구실에 3년간 연구한 내용을 요약하였습니다.
- 음의 밀도를 갖

본 연구실은 총 3년의 연구 기간 동안 음향 메타물질의 제작과 응용에 관한 연구 활동을 활발하게 해왔습니다.
기존에 연구되어 왔던 메타물질의 연구는 전자기파에서 국한되어 왔습니다. 또한 국내에서도 음향학적 메타물질을 연구하는 연구실이 없었습니다. 본 연구실은 국내에서 최초로 음향메타물질을 연구하는 연구실로서 기존에 전자기파의 메타물질의 패러다임을 벗어나서 본 연구실만의 독자적인 기술 개발과 음향 메타물질 제작에 많은 연구를 하였습니다.
다음과 같이 본 연구실에 3년간 연구한 내용을 요약하였습니다.
- 음의 밀도를 갖는 물질(p-NG)이을 이용하여 음향 표면파를 구현 음향 표면파는 금속은 플라즈마 진동과 플라즈몬 표면파(surface plasmon) 현상을 나타내고, 특히 플라즈몬 표면파는 라만, 플라즈모닉스, 나노도파관 등 광범위한 응용성이 제시되었습니다. 본 연구실에서는 전자기파의 파동 특성과 음파의 파동 특성의 대응 관계를 면밀하게 연구함과 동시에 음향 플라즈몬 표면파의 실제성에 대한 연구를 수행하였습니다. 탄성막을 이용하여 1차원 구조를 벗어난 2차원 p-NG 물질 제작하였고 제작된 p-NG물질과 공기의 경계면에서 음향 표면파를 구현하였습니다. 이 결과로 Physical Review Letters에 “Amplification of Acoustic Evanescent Waves Using Metamaterial Slabs”으로 출판 되었습니다. 이 물질은 p가 음을 가지는 물질로 물질 안에서 음파가 지수로 감소하는 형태로 진행되어집니다. 표면에 수직인 방향으로는 Evanescent Wave가 생성되지만 표면을 통해서는 Surface Wave가 생깁니다. 이 Surface Wave는 실제 보내는 Wave의 파장 보다 작은 파장으로 전달되는 특성을 보여주고 있습니다.
- 헬름홀츠공명기와 탄성막을 이용한 메타물질에서 4개의 메타물질 특성 영역 구현 제작된 단일 물질이 네 가지 밀도와 탄성율 부호 결합을 모두 나타내는 특징을 보였습니다. 헬름홀츠 공 명기와 탄성막을 교대로 일렬로 배열한 이 구조는 또한 매우 넓은 음의 굴절율 영역을 나타내었습니다.
제작된 음향메타물질의 소리 투과성을 주파수의 함수로 측정한 데이터에서 두 개의 불투명 주파수대와 두개의 투명 주파수대를 보였습니다. 불투명 주파수대가 나타나는 이유는 부호결합이 (-, +) 이거나 (+, -)일 경우, 즉 메타물질의 음향상태가 SNG이기 때문이고, 투명 주파수대가 나타나는 이유는, 음향상태가(-, -) 혹은 (+, +), 즉 DNG 혹은 DPS 이기 때문입니다. 이 결과로 Journal of Applied Physics에“Acoustic metamaterial exhibiting four different sign combinations of density and modulus”으로 출판 되었습니다.
- 음향 클로킹 구현 기발 기술
앞선 헬름홀츠 공명기의 특성연구를 통해서 헬름홀츠 공명기의 한계가 특정한 탄성율 영역을 구현 하지 못하는 문제점을 알았습니다. 이러한 한계는 음향 메타물질의 응용성을 저해하는 부분으로 이 문제를 해결하기 위해 연구를 진행하였습니다. 특히 정규화된 체적 탄성율이 –8부터 6까지 넓은 영역에 걸쳐서 연속적으로 구현된 옅으며 이는 굴절률을 연속적으로 넓은 영역에 걸쳐서 조정해 줄 수 있는 가능성을 제시하는 것으로 투명망토나 transformation optics에 중요하게 사용될 수 있을 것입니다. 그 결과로 연속적인 탄성율 조절이 가능한 구조를 구현 하였습니다. 이 결과로 Physical Review B에 “Highly tunable acousitc metamaterials based on a resonant tubular array”으로 출판 되었습니다. 또한 제로 질량 메타물질을 이용하여 파장보다 작은 영역에 거대한 에너지 집속을 시켜 음향 초투과를 구현 하였습니다. 이 결과로 Physical Review Letters에 “Giant Acoustic Concentration by Extraordinary Transmission in Zero-Mass Metamaterials”으로 출판 되었습니다.
이처럼 본 연구실은 지난 연구기간 동안 음향 메타물질의 제작과 응용에 대한 연구를 충실히 해왔으면 그에 따른 연구 성과도 많이 이루었습니다. 이러한 연구 결과가 현재에서 끝나는 것이 아니라 앞으로 더욱 많은 영역에 활용될 거라고 기대합니다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 9