포스텍 기계공학과‧화학공학과 노준석 교수팀은 빛의 스핀을 이용해 여러 홀로그램 이미지를 실시간으로 재생할 수 있는 메타표면을 만드는데 성공했다. 이 기술은 더욱 가볍고 편리한 증강현실(AR)‧가상현실 디스플레이나 보안 기술에 활용될 전망이다.

증강현실이나 가상현실 기술을 구현하기 위해서는 공중에 3D 형태의 이미지를 띄울 수 있는 홀로그램 디스플레이가 필요하다. 실제로 현재 시중에 시판되고 있는 VR기기는 모두 이러한 기술을 도입한 장비로, 아직까지는 이미지 생성에 많은 부품이 필요해 부피나 무게가 늘어날 수밖에 없었다. 이러한 단점을 보완할 수 있는 것이 바로 투명망토 소재로 알려진 ‘메타물질’로, 이 물질로 만들어진 표면으로 홀로그램 디스플레이를 만들기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

문제는 현재까지의 메타홀로그램 기술은 하나의 이미지만 생성할 수 있다는 점에 있었다. VR 등에 활용되는 이미지는 한 번에 다양한 이미지가 흘러나와야 하고, 때로 동영상을 필요로 하기 때문이다. 게다가 고효율 홀로그램 구현에는 산화티타늄, 질화갈륨과 같이 비싸고 대량 생산이 어려운 재료가 사용돼 고작 만원에 불과한 가격이 된 VR기기처럼 상용화하기도 어려웠다.

노 교수팀은 상대적으로 저렴하고 대량생산이 편리한 실리콘을 이용, 빛이 회전하는 방향과 편광을 조절해 두 개의 홀로그램 이미지가 동시에 나타나는 메타표면을 개발했다.

이 기술을 이용하면, 홀로그램을 더욱 복잡하게 설계할 수 있어 화폐, 신용카드, 고급 위스키나 명품 잡화들에 들어가는 위조방지 기술이나 암호화 기술에도 활용할 수 있게 된다.

실리콘을 사용했기 때문에 기존의 반도체공정에서 바로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 기존 연구에서 사용해온 산화 티타늄에 비해 비용을 수백 배까지 절감할 수 있어 산업계가 크게 주목하고 있다.

연구를 주도한 노 교수팀은 “이번에 제작된 메타홀로그램은 60% 이상의 투과 효율을 가지고 있어 매우 선명한 이미지를 눈으로 관찰할 수 있다”며 “소자의 두께가 300나노미터(nm)에 불과해 초경량 고효율의 광학기기나 VR기기 제작에도 활용될 수 있다”고 설명했다.

한편, 광학 분야 국제 학술지인 레이저 앤 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)를 통해 발표된 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업, 글로벌프론티어사업, 미래소재디스커버리사업, 선도연구센터사업, 글로벌박사펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.