국내 연구진이 가시광선은 물론 자외선 영역까지 빛 제어가 가능한 차세대 광소자인 메타표면을 가공하는 저비용·고효율 프린팅 공정 개발에 성공했다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 포항공대 노준석 교수와 고려대 이헌 교수 공동연구팀이 수 십 나노미터 해상도의 메타표면을 고굴절 재료를 이용해 도장을 찍듯이 간단히 프린팅하는 가공 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
메타표면은 빛 파장보다 작은 구조체를 주기적으로 배열한 인공물질로 원하는 파장의 빛을 자유롭게 제어할 수 있으며, 매우 얇고 가벼워 기존 광소자를 대체할 차세대 광소자로 주목받고 있다. 다만 메타표면 구조체 제작을 위한 초정밀 공정 기술은 천문학적 비용과 느린 속도로 인해 메타표면 실용화에 어려움이 있다.
연구팀은 지르코니아(ZrO2) 나노입자가 첨가된 고굴절 레진을 개발하고, 정밀한 전자기학 설계기술로 고성능 자외선 메타표면을 설계, 나노임프린트(NIL) 공정을 이용해 메타표면을 구현했다. 지르코니아 나노입자 가시광 파장 영역에서 연구되던 활용도를 자외선 영역까지 확장해 해당 물질 실용성을 대폭 높였다.
이 공정으로 구현된 메타표면은 실제로 자외선 및 심자외선 파장에서 각각 72.3%와 48.6%의 높은 빛 제어 효율을 달성해 고성능 메타표면 실용적 생산 가능성을 입증했다.
노준석 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 메타표면 실용적 제작 기술은 제어 가능한 빛 파장 범위를 확대하고, 프린팅 방식의 빠른 생산성을 동시에 확보했다”며 “고성능 메타표면 저비용 생산을 통해 메타표면 실용화를 앞당기는 교두보가 될 것”이라고 말했다.
한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 광학분야 국제학술지 '빛:과학과 응용(Light:Science&Applications)'에 지난달 8일 실렸다.
이인희기자 leeih@etnews.com
