해리 포터의 '투명 망토', 국내 연구진이 개발했다

[아시아경제 김봉수 기자] 영화 '해리 포터' 속 투명 망토처럼 빛으로부터 물체를 감추는 물질이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 고등광기술연구소 기철식 수석연구원 연구팀이 투명망토처럼 빛으로부터 물체를 감추거나 입사하는 빛의 위상정보를 완전히 제거해 복원할 수 없게 하는 광디렉분산물질(Photonic Dirac dispersion material)을 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 광결정의 퓨리에-조화성분들과 광결정모드들의 방사손실간의 관계를 이해하고 특정 퓨리에-조화성분들을 조작하여 광디렉분산특성을 갖는 광결정을 구현하는 이론적 방법을 제시하였다. 광결정이란 굴절율이 주기적으로 변하는 구조물로 특정주파수영역에서 빛을 강하게 반사한다. 퓨리에-조화성분(Fourier-harmonic components)은 주기적인 구조의 주기에 해당하는 주파수의 배수들을 말한다.

기존의 광결정을 이용한 디렉분산특성연구는 주로 광결정의 주기보다 파장이 긴 낮은 주파수영역에서 수행됐다. 주기와 비슷한 파장의 고주파수영역에서는 보고된 바 없었다. 광결정의 고차 퓨리에-조화성분들간의 상호간섭이 방사손실을 유도해 고주파수영역에서 디렉분산특성 구현을 저해하기 때문이다.

연구팀은 광결정의 퓨리에-조화성분들과 광결정 모드들의 방사손실간의 관계를 이론적으로 연구해 왔으며 이번 연구를 통해 고차 퓨리에-조화성분들간의 상호작용이 디렉분산특성 뿐만 아니라 연속준위속박상태와 파노공명과 밀접한 관련이 있음을 수치해석적으로 증명했다. 이 결과를 바탕으로 특정 퓨리에-조화성분들을 조작해 디렉분산특성, 연속준위속박상태, 파노공명 등도 고주파수영역에서 구현했다. 연속준위속박상태(bound state in the continuum, BIC)은 속박에너지보다 큰 연속준위에너지를 갖는 전자가 공간적으로는 속박된 양자역학적상태로 최근 광결정에서 빛(광자)을 영원히 가두는 상태로 발견된다. 파노공명(Fano resonance)은 방사모드와 속박모드의 상호간섭에 의한 공명으로 아주 좁은 주파수영역에서 비대칭투과스펙트럼이 특징이다.

연구팀은 “이번 연구는 퓨리에-조화성분들과 광결정모드들의 방사손실간의 연관성을 이해하고 그동안 보고되지 않았던 고주파수영역에서 디렉분산특성, 연속준위속박상태, 파노공명 등을 구현하는 방법을 제시한 데 의의가 있다”면서 “향후 스텔스기술, 전자기파 차폐기술, 고효율 비선형소자, 고감도광센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘포토닉스 리서치(Photonics Research)’에 지난달 27일자 온라인으로 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr