투명망토 등 스텔스 기능 구현 메타물질 개발
-디지털회로와 신호처리 기술을 활용, 실제 구조체 없이 새로운 물질개발 성공 -
□ 국내연구진이 해외연구진과 공동으로‘광대역 스텔스 구현’을 위한 ‘가상화 메타물질*’ 기술 개발에 성공했다.
* 가상화 메타물질(Virtualized meta material) 기존 메타물질 설계가 가지고 있는 물리적 구조의 한계를 극복하기 위해, 물리적 구조를 가상화된 디지털 회로 프로그램으로 대체 하는 개념 |
□ 서울대학교 박남규 교수, 조춘래 연구원 연구팀이 홍콩과기대학(HKUST) Jensen Li 교수, Xinhua Wen 연구원과 공동으로, 음향 파동 물성을 자유자재로 구현할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하였다고 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기 정통부’)는밝혔다.
ㅇ 이는 기존 메타물질의 한계를 뛰어 넘어여러 주파수에서 스텔스 기능을 구현하는 연구성과로, 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ (Nature Communications, IF=11.880) 온라인판에 1월 14일 게재되었다.
※ 논문명: Digitally virtualized atoms for acoustic metamaterials
※ 저자정보: 조춘래, 박남규(서울대), Jensen Li(HKUST) 포함 총 4명
□ 메타물질은 자연에 존재하는 원자를 모사한 인공구조물로서 기존의 물질이 제공하지 못하는 특이한 물리적 성질을 가능하게 하는데, 고해상도 이미징, 투명망토 스텔스, 무반사 태양전지 등 다양한 기능을구현할 수 있게 될것으로 기대 된다.
ㅇ 한편, 메타물질이제공하는 성질은 제작에 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 의해 결정되므로 모든 물성을 구현하는 데는 어려움이 있으며, 특히 주파수에 대한 응답을 제어하거나 설계하는데 큰 제약이 따른다.
□ 연구진은 디지털 회로와 신호 처리 기술을 이용, 자연물질의 분극 현상*을 모사하여, 실제 구조체 없이 원하는 파동 물성과 주파수 분산** 특성을 자유자재로 구현하고 변경할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하는데 성공하였다.
* 분극 현상 (Polarization): 어떤 매질이 전자기장의 영향에 있을 때 매질을 구성하는 분자 내부의 전하가 재배치되어 해당 분자가 전자기적인 극성을 띄게 되는 현상
** 주파수 분산 (Frequency Dispersion): 주파수에 따른 매질의 파동물성 변화
ㅇ 특히, 공진* 강도나 공진 주파수, 대역폭과 같은 주파수 분산 특성의 완전한 제어를 실험적으로 검증하였는데, 이는 세계 최초로 주파수 분산 특성의 설계가 가능한메타물질을 개발 한 것이다.
* 공진 (Resonance): 물체의 고유 진동수와 일치하는 외부의 힘에 의해 진동이 증폭되는 현상
- 아울러, 본 연구는 가상적인 메타물질을 통해 빛이나 소리의 반사, 산란같은파동 현상들을 광대역으로 제어 할 수 있게 함으로서, ‘레이더’나 ‘소나’로부터 탐지되지 않는 ‘스텔스 기술’ 이나, ‘방음 및 흡음 설계 기술’ 등과 같은 새로운 메타물질 연구의 전기로서 더욱 의미가 크다.
□ 본 연구성과는 전자기·역학분야 메타물질 핵심원천기술확보와 실용화 연구를 추진중인 과기정통부 글로벌프런티어사업(파동에너지 극한제어 연구단)의 지원을 받아 수행되었다.
