초고굴절률 메타물질을 사용한 강력한 브래그 반사체

우리 모두는 자신의 모습을 보기 위해 적어도 하루에 한 번씩 거울을 봅니다. 거울은 일상생활뿐만 아니라 반도체 공정, 고해상도 디스플레이 등 첨단기술에도 활용되고 있다. 최근에는 원하는 빛만 반사하는 고굴절 메타물질을 기반으로 한 강력한 브래그 반사 거울이 개발되었습니다.

포스텍 이기라 교수(화학공학부) 연구팀과 성균관대학교 권석준, 유필진(화학공학부) 교수 연구팀이초고굴절률 메타물질을 함께 개발금 나노구체와 메타물질을 폴리머와 결합한 반사체를 촘촘하게 포장함으로써 가능합니다.

자연에 존재하지 않는 특성을 지닌 메타물질은 음(-) 또는 초고굴절률을 갖도록 설계될 수 있습니다. 그러나 굴절률이 높은 메타물질은 설계부터 제작까지 여전히 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 구형 금나노입자를 조립해 1나노미터 수준의 간격(nm, 10억분의 1미터)으로 균일하게 배열된 메타물질을 개발했다. 빛-물질 상호작용을 극대화한 이 소재는 가시광선과 근적외선 영역에서 가장 높은 굴절률을 기록했다. 2D 상부 구조는 7.8이라는 가장 높은 굴절률을 나타냈습니다.

이러한 메타물질과 굴절률이 낮은 고분자층을 적층해 만든 분산 브래그 반사체(DBR)는 특정 파장을 강하게 반사한다.

아울러 연구팀은 초고굴절률을 설명할 수 있는 플라즈몬 퍼콜레이션 모델 이론을 확립했다. 기존 연구에서 설명할 수 없었던 메타물질의 초고굴절률을 이론적으로 설명하고 있어 향후 관련 연구 분야의 발전이 기대된다.

이번 연구는 정밀 반도체 공정과 고해상도 디스플레이 분야에의 적용 가능성으로도 학계와 업계의 주목을 받고 있다.

최근 Advanced Materials에 게재된 이번 연구는 삼성연구지원센터와 한국연구재단의 지원을 받았다.

- 본 보도자료는 포항공과대학교 홈페이지에 게재된 내용입니다.