초록 ▼

연구개요
음굴절이란 빛이 통상 진행하는 방향에 반대방향으로 굴절하는 것을 말하며, 이를 이용하면 무엇이든 숨길 수 있는 투명 망토, 초고해상도 이미징 디바이스, 빛의 속도를 조절하는 디바이스 등 기존에 생각할 수 없었던 수많은 물리 현상이 가능해지므로 큰 각광을 받아왔다. 하지만 현재까지 연구 개발된 음굴절 메타물질은 그 작동파장이 전 가시광선 영역을 아우르지 못하는 좁은 파장에서만 작동하며 높은 저항적 손실을 수반하는 등 현실적 문제가 있어왔다. 이에 본 연구는 1) 광대역 2) 가시광선에서 작동하는 하이퍼볼릭 메타물질 기반

연구개요
음굴절이란 빛이 통상 진행하는 방향에 반대방향으로 굴절하는 것을 말하며, 이를 이용하면 무엇이든 숨길 수 있는 투명 망토, 초고해상도 이미징 디바이스, 빛의 속도를 조절하는 디바이스 등 기존에 생각할 수 없었던 수많은 물리 현상이 가능해지므로 큰 각광을 받아왔다. 하지만 현재까지 연구 개발된 음굴절 메타물질은 그 작동파장이 전 가시광선 영역을 아우르지 못하는 좁은 파장에서만 작동하며 높은 저항적 손실을 수반하는 등 현실적 문제가 있어왔다. 이에 본 연구는 1) 광대역 2) 가시광선에서 작동하는 하이퍼볼릭 메타물질 기반의 3) 저손실 4) 대면적 음굴절 메타물질을 개발하여 음굴절 메타물질의 실제 응용 가능성을 도모한다. 이는 연구 개발 단계에 그쳐 있는 음굴절 메타물질의 문제를 해결하여, 자연계에 존재하는 재료들의 물성을 뛰어넘는 새로운 개념의 메타물질을 만들고 실생활에 응용 가능하게 하는 연구가 될 것이다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 비공명 기반의 신개념 메타물질을 제안하고, 이를 통해 전 가시광선 영역에서 작동하는 저손실의 대면적 음굴절 메타물질을 구현하는 것이다. 이에 본 연구에서는 광대역 가시광선에서 작동하는 음굴절 메타물질 개발을 위해 디자인 설계에서부터 실제 공정, 광특성 측정 검증까지 아우르는 전 과정을 진행하고자 하였으며, 목표대비 다음과 같은 연구를 진행하였다.
○ 수직형 금속-비금속 다중박막 메타물질의 설계
- FEM 기반 전산모사 프로그램을 통한 광 특성 예측 및 설계 디자인 최적화
- 전 가시광선 영역 (400nm-700nm)에서 작동하는 음굴절 메타물질 설계
- 기존의 수평형 금속-비금속 다중박막과 비교한 우수성 검증
○ 전 가시광 영역에서 작동하는 대면적 음굴절 메타물질 제작
- 전기 도금법 및 블록공중합체를 활용한 대면적 메타물질 제작 방식 개발
○ 음굴절 메타물질의 광특성 측정
- 투과 각에 따라 굴절률을 측정할 수 있는 음굴절 측정 셋업 구축

연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 개발하고자 하는 광대역 가시광선에서 작동하는 대면적 음굴절 메타물질은 지금까지 연구 개발되었던 음굴절 메타물질의 한계를 극복하고 실제 응용 가능성을 제시한다. 비록 메타물질이 자연계에 존재하는 물질들의 한계를 뛰어넘는 새로운 개념의 물성을 갖게 한다는 것이 이론적으로 널리 알려져왔지만, 실제 이를 구현하고 응용하기란 몹시 어려웠다. 현재까지 연구 개발된 음굴절 메타물질들은 대부분 공명 의존의 물성을 필요로 하기 때문에 공명 주파수에 해당하는 특정 파장 근처에서만 그 물성의 구현이 가능하였으며, 큰 저항적 손실이 수반되므로 실생활로의 응용 가능성은 매우 낮았었다. 하지만 본 연구에서 제안하는 신개념 하이퍼볼릭 메타물질은 비공명 기반이므로 광대역 가시광선 영역에서 작동하며, 저항적 손실도 몹시 작다. 또한 바텀-업 형식 제작 방식을 이용하므로 대면적 제작도 용이하다는 등 실용성이 크다. 이와 같은 최초의 광대역 가시광선에서 작동하는 저손실 음굴절 메타물질은 그동안 과학의 영역에만 머물러 있던 메타물질이 투명 망토, 회절 한계를 극복할 수 있는 초고해상도 이미징 기술, 빛의 속도가 느려지는 slow light device등 실제 우리 생활에 활용될 수 있게 하는 의미 있는 결과가 될 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 개요 ... 4
• 1.2 연구 목표 및 범위 ... 4
• 1.3 국내·외 연구 동향 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 40