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POSTECH 노준석 연구팀, 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질 이용해

광스핀홀 효과 최초 구현
미국화학회(ACS) 저널 표지논문 게재

볼링을 칠 때, 볼에 스핀을 넣어 투구하면 커다란 활모양의 궤적을 만드는 것을 볼 수 있다. 이런 커브볼은 핀을 쓰러뜨리는 파괴력이 가장 좋으나 투구는 어렵다. 이런 현상은 빛에서도 일어나는데, 최근 국내 연구팀이 메타물질을 활용해 ‘광스핀홀 효과’를 수십 배 이상 증가시킬 수 있다는 결과를 내놓았다.

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 기계공학과‧화학공학과 노준석 교수, 박사과정 김민경씨, 이다솔씨 팀이 인공적으로 디자인된 메타물질‧메타표면을 이용해 광스핀홀 효과를 증가시킴으로써 파장의 수 배 또는 수십 배 이상의 빛을 이동시킬 수 있음을 최초로 구현했다. 이 연구 성과는 최근 광학 분야 국제학술지 'ACS 포토닉스(ACS Photonics)' 표지논문으로 게재됐다.

광스핀홀 효과는 빛이 굴절할 때 입사면에 수직한 방향으로 빛이 이동해 나오는 현상을 가리킨다. 이는 눈으로 볼 수 있는 가시광 영역대에서는 수 나노미터(nm, 10억분의 1미터)로 매우 작아 관찰이 어렵다는 단점이 있었다.

지금까지 광스핀홀 효과를 증가시키기 위해 비등방성이 높은 물질인 하이퍼볼릭 메타물질이 연구됐다. 하이퍼볼릭 메타물질은 금속과 비금속을 파장보다 매우 얇은 두께로 쌓아 올린 적층 구조체로, 특정 방향으로는 금속의 성질을, 다른 방향으로는 비금속의 성질을 모두 가지기 때문에 광스핀홀 효과를 높일 수 있다.

그러나 효율과 광스핀홀 효과는 반비례해 높은 효율과 높은 광스핀홀 효과를 동시에 얻을 수는 없었다. 또한 하이퍼볼릭 메타물질을 활용했을 때 효율이 0.1% 미만으로 매우 낮아 실질적 응용이 불가능했다.

연구팀은 기존의 수평 적층형 하이퍼볼릭 메타물질이 아닌 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용해 광스핀홀 효과와 그 효율을 높이는 방안을 제시했다. 또한, 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질은 같은 물질 조합과 두께를 가진 수평 적층형보다 수천 배 이상의 광스핀홀 효과와 수백 배 이상의 효율을 갖는 것을 검증했다.

광스핀홀 효과가 사실상 존재한다는 것은 이론적으로 알고 있었지만 실제로 검출하기는 매우 어려웠다. 이 연구를 통해 수직형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용함으로써 광스핀홀 효과를 증대시킬 수 있을 뿐 아니라 목적에 맞게 이용할 수 있음을 확인했다.

연구팀이 제시한 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 활용한 광스핀홀 효과는 다양한 분야에 실질적 응용이 가능하다. 특히 편광에 따른 기능성 광필터, 광센서, 광스위치, 광 분할기(beam splitter) 등의 광소자로 활용 가능해 광집적회로, 광통신 등의 분야에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

노준석 교수는 “이 연구는 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용해 광 스핀홀 효과를 구현한 첫 번째 사례이며, 광스핀홀 효과를 높은 효율에서 얻을 수 있다는 것을 처음으로 제시했다”며 “이 연구를 통해 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질과 광스핀홀 효과에 대한 연구가 더욱 활발해지기를 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지역혁신선도연구센터(RLRC), 중견연구사업, 글로벌프론티어사업, 미래소재디스커버리사업, 선도연구센터사업(ERC), 글로벌박사양성사업의 지원으로 수행됐다.



















[김능구의 정국진단] 홍영표 ② “국민 7~80% 원하는 권력분산·대통령 연임제 위해 개헌 꼭 필요”
[폴리뉴스 권규홍 기자] 21대 총선에 인천 부평구을 선거구에 출마해 당선 되어 4선에 성공한 홍영표 더불어민주당(인천 부평구을, 4선)의원이 27일 국회 의원회관에서 ‘폴리뉴스’ 김능구 대표와의 ‘정국진단’ 인터뷰를 가졌다. 홍 의원은 이날 ‘문재인 대통령 집권 후반기에 개헌은 어렵지 않겠나?’는 질문에 “국민 7~80%가 원하는 권력 분산과 대통령 연임제를 위해 개헌은 꼭 필요하다”고 말했다. 이날 인터뷰에서 홍 의원은 개헌에 대한 자신의 생각과 준연동형 비례대표제의 한계, 21개 국회에서 추진해야 할 개혁과제에 대한 자신의 생각을 밝혔다. 우선 홍 의원은 ‘21대 국회에서 준연동형 비례대표제의 개정 필요성을 느끼시느냐?’는 질문에 “먼저 우리가 전혀 의도하지 않았지만 자유한국당이 비례위성정당을 만들면서 불가피하게 비례정당을 선택 한 것에 대해 결과적으로 국민들에게 송구하다”며 “당초 여야간에 준연동형제를 받아들일 때 225대 75로 합의했고 이후 위성정당 이야기가 나오기에 어떤 제도적 장치를 마련하려 했지만 법률적으로 강제할 것이 없어 결국에 합의했다”고 설명했다. 그러면서 “당시 야당에서는 47석을 연동제로 해야한다고 해서 협상결과 연동형 캡을 30


[김능구의 정국진단] 홍영표 ⓛ “21대 국회, 생산적 국회 되어야...집권여당이 먼저 앞장서서 양보ㆍ포용 자세 필요”
[폴리뉴스 권규홍 기자] 21대 총선에 인천 부평구을 선거구에 출마해 당선 되어 4선에 성공한 홍영표 더불어민주당(인천 부평구을, 4선)의원이 27일 국회 의원회관에서 ‘폴리뉴스’ 김능구 대표와의 ‘정국진단’ 인터뷰를 가졌다. 홍 의원은 4·15 총선에서 민주당이 180석으로 압승한 결과를 놓고 “21대 국회가 생산적인 국회가 되어야한다”며 “집권여당이 먼저 앞장서서 양보하고 포용하는 자세가 필요하다”고 답했다. 이날 인터뷰에서 홍 의원은 민주당의 압승으로 끝난 4·15 총선에 대한 생각과 21대 국회에 대한 전망, 앞으로의 계획 등을 놓고 자신의 생각을 밝혔다 홍 의원은 여야가 팽팽했던 인천에서 민주당이 압승한 것을 두고 “인천 시민들이 인천 지역 13석 중에서 11석을 민주당 후보들이 될 수 있도록 지지해 주셨다. 처음에 선거를 시작할 때 예상했던 것보다 사실 1석 더 많아졌다”며 “당초 언론에선 그렇게 보지 않았지만 선거 초반에는 10석 정도 할 수 있겠다고 생각했다. 그리고 실제로 지역을 돌아보니 자신감이 생겼고 결국 결과는 더 좋았다. 문재인 정부와 민주당을 지지해준 인천시민들에게 감사를 보낸다”고 답했다. 그러면서 “개인적으로도 4선을 하게 되어

[카드 뉴스]코로나19가 쑥쑥 키운 HMR, CMR, 밀키트 시장

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