고려대·한양대 ‘특정 방향으로 빛 방출’…메타 표면 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대·한양대 연구진이 특정 방향으로만 빛을 방출하는 메타 표면을 개발했다.

(왼쪽부터) 고려대 공수현 교수(공동 교신저자), 한양대 윤재웅 교수(공동 교신저자), 고려대 최대광 박사(공동 1저자), 한양대 이기영 박사(공동 1저자) ※사진 제공=고려대

고려대는 공수현 물리학과 교수팀이 윤재웅 한양대 교수팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 12일 밝혔다.

일반적으로 빛은 모든 방향으로 퍼지지만, 연구팀은 구조의 대칭성을 정밀하게 조절해 빛의 전파 방향에 따라 단일 방향으로만 방출되도록 하는 데 성공했다.

연구팀은 층간 결합력이 약한이황화텅스텐(WS₂)을 활용했다. 미세 격자가 형성된 박막 두 장을 정밀하게 겹쳐 이중 층 메타 표면을 구현했다. 이렇게 완성된 구조에서는 빛의 진행 방향에 따라 방출 방향이 달라진다. 일종의 광학 게이트 역할을 하는 것이다.

기존 기술이 단일 주파수나 특정 각도에서만 효과를 보인 것과 달리 이번 연구에선 연속적 파장 대역 전반에서 단방향 방출이 일어나는 새로운 작동 방식을 입증했다. 공동 연구팀은 이 현상을 ‘단방향 도파 공명 연속체(unidirectional guided resonance continuum)’로 명명했다.

이번 연구는 100나노미터(nm) 이하의 얇은 구조만으로 빛의 단방향 유도에 성공했다는 점에서 의미를 갖는다. 특히 구조를 단순하게 유지하면서도 넓은 파장 영역에서 방향성을 효율적으로 구현, 차별화된 광 제어 기술이란 평가를 받았다.

공동 연구팀은 “이번 연구는 3차원 디스플레이 픽셀, 초소형 지향성 레이저 및 양자 광원, 초박형 메타 표면 광부품 등 다양한 광소자 개발에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 리더연구자사업과 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 ‘Nature Nanotechnology‘ 6월 4일 자에 게재됐다.