초록 ▼

□ 연구목적
본 연구에서는 바텀업 방식의 액정 (Liquid Crystal, LC) 개발과 탑다운 방식의 임프린팅 공정을 융합하는 방법을 모색하여 광특성을 실시간으로 변화시킬 수 있는 다기능 소자 및 원리를 확립하고 대면적 생산을 통해 지속적인 응용 가능성을 모색하는 것을 최종목표로 한다.
1. 다기능 메타표면 개발을 위한 나노 임프린팅 공정 개발
2. 설계된 시스템의 광학 특성 분석 및 실제 환경 내 구현 가능성 탐색
3. IoT 연계 또는 스마트 보안을 위한 맞춤형 광학 플랫폼 개발
4. 한-독-일 3

□ 연구목적
본 연구에서는 바텀업 방식의 액정 (Liquid Crystal, LC) 개발과 탑다운 방식의 임프린팅 공정을 융합하는 방법을 모색하여 광특성을 실시간으로 변화시킬 수 있는 다기능 소자 및 원리를 확립하고 대면적 생산을 통해 지속적인 응용 가능성을 모색하는 것을 최종목표로 한다.
1. 다기능 메타표면 개발을 위한 나노 임프린팅 공정 개발
2. 설계된 시스템의 광학 특성 분석 및 실제 환경 내 구현 가능성 탐색
3. IoT 연계 또는 스마트 보안을 위한 맞춤형 광학 플랫폼 개발
4. 한-독-일 3국의 지속적인 연구 교류

□ 연구내용
위조 기술 및 시도가 급증하며, 형광물질, 홀로그램 등의 기존 광학 보안 시스템은 디지털 프린터로 쉽게 위조되고 있음. 최근 나노공정의 발전으로 인해 메타표면이 등장하면서 보안 시스템으로의 응용이 활발히 되고 있음. 그러나, 이들은 제작된 이후에는 광특성을 조절할 수 없는 수동형이기 때문에 실제 응용에 제약이 있었음. 이러한 한계를 극복하기 위해, 최대 8개의 편광 채널에 따라 구조색과 홀로그램 구현이 가능한 메타표면을 개발함과 동시에, 능동적으로 편광 채널별 굴절률 제어가 가능한 액정을 결합하여 다기능성 능동형 메타표면을 개발하고자 하였음. 또한, 메타표면은 대부분 전자빔 리소그래피로 제작되어, 면적 및 생산성 또한 상당히 제한적. 대면적 대량생산 공정 개발이 절실히 필요하며, 본 연구팀은 나노임프린팅 공정을 통해 이를 해결함.

□ 연구결과
(1) 능동형 다기능성 메타표면 - 파더보른 대학교 공동연구
구조색 발현 및 홀로그램이 동시에 가능한 듀얼모드 메타표면에 액정을 결합하고 편광에 기반해 기능성을 확장하여 능동형 다기능성 메타표면을 개발하였음. 또한, 액정을 통해 편광을 연속적으로 변조하여 Mie 산란 기반 구조색을 능동적으로 제어.

(2) 카이랄 나노파티클의 원편광 이색성 - 파더보른 대학교 공동연구
카이랄 나노파티클의 국소 표면 플라즈몬 공명 파장 대역에서 극대화된 원편광 이색성을 이론, 실험적으로 검증. 2차 조화파 고조를 이용해 선형 측정 결과 대비 두 위치의 공진 파장에서 4배, 12배로 증폭된 신호를 검출함.

(3) 무색수차 메타 광섬유 - 뮌헨, 예나 대학교 공동연구
3차원 나노구조체를 통해 무색수차 메타렌즈를 구현. 3차원 레이저 나노프린팅으로 광섬유에 메타렌즈를 제작하여 초소형 이미징 렌즈를 1250nm에서 1650nm의 넓은 파장 대역에서 종색수차 없이 일정한 초점 거리를 달성.

(4) 대면적 메타표면의 대량생산 - 일본 RIKEN 공동연구
RIKEN이 보유한 Elionix사의 고속EBL 장비와 국내 연구진의 ArF photolithography를 이용해 대면적 메타표면 공정을 달성. 메타표면 작동 파장 별로 나노파티클 혼합 레시피를 구축해 나노임프린트를 통해 고효율 메타표면의 대량생산을 구현.

□ 연구결과의 활용계획
● 사용자 기반의 맞춤형 위조 방지 원천기술 확보
● 메타표면의 대면적 생산 공정 확립을 통한 시장성 제고
● 양국 연구자간의 연구 협력 네트워크 구축

(출처 : 요약문 (국문) 3p)

Abstract ▼

□ Purpose
This study aims to integrate bottom-up liquid crystal (LC) development with top-down imprinting processes, facilitating multifunctional device creation and real-time optical property modulation. It seeks to:
1) Develop a nanoimprinting process for multifunctional metasurface creation

□ Purpose
This study aims to integrate bottom-up liquid crystal (LC) development with top-down imprinting processes, facilitating multifunctional device creation and real-time optical property modulation. It seeks to:
1) Develop a nanoimprinting process for multifunctional metasurface creation.
2) Analyze the optical properties of the designed system and assess its viability for real-world applications.
3) Create custom optical platforms for IoT-linked or smart security solutions.
4) Foster ongoing research collaboration between Korea, Germany, and Japan.

□ Contents
As counterfeiting attempts surge, traditional optical security systems are easily forged. Metasurfaces offer promise as a next-generation solution, but their fixed optical properties limit practical usage. To address this, we propose a multifunctional active metasurface, merging liquid crystals for dynamic refractive index control with metasurface capabilities across eight polarization channels. Moreover, current production methods, like electron beam lithography, are limited in scale and efficiency. Our team addresses this with a nanoimprinting process, enabling large-area mass production.

□ Results
(1) Active multifunctional metasurface - Collaborate with Paderborn University
Active multifunctional metasurface integrating liquid crystals with a dual-mode metasurfaces, enhancing functionality based on polarization. Also, liquid crystals enable dynamic modulation of Mie scattering-based structural colors, expanding the range of active control.
(2) Circular dichroism of chiral nanoparticles - Collaborate with Paderborn University
Validating circular dichroism maximized within the local surface plasmon resonance wavelength of chiral nanoparticles. Second harmonic generation were utilized to detect signals amplified by factors of 4 and 12 at resonance wavelengths compared to linear measurements.
(3) Achromatic meta-fiber - Collaborate with LMU and Jena University
Achromatic metalenses using 3D nanostructures on optical fibers, leveraging 3D laser nano-printing. Consistent focal lengths across a broad wavelength range from 1250 nm to 1650 nm.
(4) Mass production of large-area metasurface - Collaborate with RIKEN, Japan
Adopt high-speed EBL from Elionix in Japan and employed ArF photolithography to enable large-scale metasurface production. By establishing nanoparticle embedded resin for each metasurface's operating wavelength, mass production of high-efficiency metasurfaces via nanoimprint technology is achieved.

□ Expected Contribution
● Obtain user-based customized anti-counterfeiting original technology
● Improvement of marketability by establishing large-area production process of metasurface
● Establishment of a research cooperation network between researchers from both countries

(source : SUMMARY 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구결과 요약문 ... 3
• 국문 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 과제 개요 ... 5
• 2. 수행내용 및 결과 ... 6
• 3. 자체평가 ... 11
• 4. 연구결과의 활용 계획 ... 11
• 5. 연구과정에서 수집한 해외 정보 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 11
• 7. 연구성과 ... 12
• 8. 기타사항 ... 19
• 끝페이지 ... 23