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POSTECH 노준석 연구팀, 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질 이용해

광스핀홀 효과 최초 구현
미국화학회(ACS) 저널 표지논문 게재

볼링을 칠 때, 볼에 스핀을 넣어 투구하면 커다란 활모양의 궤적을 만드는 것을 볼 수 있다. 이런 커브볼은 핀을 쓰러뜨리는 파괴력이 가장 좋으나 투구는 어렵다. 이런 현상은 빛에서도 일어나는데, 최근 국내 연구팀이 메타물질을 활용해 ‘광스핀홀 효과’를 수십 배 이상 증가시킬 수 있다는 결과를 내놓았다.

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 기계공학과‧화학공학과 노준석 교수, 박사과정 김민경씨, 이다솔씨 팀이 인공적으로 디자인된 메타물질‧메타표면을 이용해 광스핀홀 효과를 증가시킴으로써 파장의 수 배 또는 수십 배 이상의 빛을 이동시킬 수 있음을 최초로 구현했다. 이 연구 성과는 최근 광학 분야 국제학술지 'ACS 포토닉스(ACS Photonics)' 표지논문으로 게재됐다.

광스핀홀 효과는 빛이 굴절할 때 입사면에 수직한 방향으로 빛이 이동해 나오는 현상을 가리킨다. 이는 눈으로 볼 수 있는 가시광 영역대에서는 수 나노미터(nm, 10억분의 1미터)로 매우 작아 관찰이 어렵다는 단점이 있었다.

지금까지 광스핀홀 효과를 증가시키기 위해 비등방성이 높은 물질인 하이퍼볼릭 메타물질이 연구됐다. 하이퍼볼릭 메타물질은 금속과 비금속을 파장보다 매우 얇은 두께로 쌓아 올린 적층 구조체로, 특정 방향으로는 금속의 성질을, 다른 방향으로는 비금속의 성질을 모두 가지기 때문에 광스핀홀 효과를 높일 수 있다.

그러나 효율과 광스핀홀 효과는 반비례해 높은 효율과 높은 광스핀홀 효과를 동시에 얻을 수는 없었다. 또한 하이퍼볼릭 메타물질을 활용했을 때 효율이 0.1% 미만으로 매우 낮아 실질적 응용이 불가능했다.

연구팀은 기존의 수평 적층형 하이퍼볼릭 메타물질이 아닌 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용해 광스핀홀 효과와 그 효율을 높이는 방안을 제시했다. 또한, 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질은 같은 물질 조합과 두께를 가진 수평 적층형보다 수천 배 이상의 광스핀홀 효과와 수백 배 이상의 효율을 갖는 것을 검증했다.

광스핀홀 효과가 사실상 존재한다는 것은 이론적으로 알고 있었지만 실제로 검출하기는 매우 어려웠다. 이 연구를 통해 수직형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용함으로써 광스핀홀 효과를 증대시킬 수 있을 뿐 아니라 목적에 맞게 이용할 수 있음을 확인했다.

연구팀이 제시한 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 활용한 광스핀홀 효과는 다양한 분야에 실질적 응용이 가능하다. 특히 편광에 따른 기능성 광필터, 광센서, 광스위치, 광 분할기(beam splitter) 등의 광소자로 활용 가능해 광집적회로, 광통신 등의 분야에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

노준석 교수는 “이 연구는 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질을 이용해 광 스핀홀 효과를 구현한 첫 번째 사례이며, 광스핀홀 효과를 높은 효율에서 얻을 수 있다는 것을 처음으로 제시했다”며 “이 연구를 통해 수직 적층형 하이퍼볼릭 메타물질과 광스핀홀 효과에 대한 연구가 더욱 활발해지기를 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지역혁신선도연구센터(RLRC), 중견연구사업, 글로벌프론티어사업, 미래소재디스커버리사업, 선도연구센터사업(ERC), 글로벌박사양성사업의 지원으로 수행됐다.



















[이슈] 21대 첫 국정감사...국회 여당 장악, 야당 견제 없는 부실국감 전망
[폴리뉴스 권규홍 기자] 10월은 21대 국회가 열린 뒤 첫 국정감사(국감)가 시작되는 달이다. 하지만 올해 국감은 국회를 사실상 여당이 장악한 가운데 코로나19라는 미증유의 사태까지 겹쳐 국감이 축소 운영되는 부실 국감이 우려된다. 어느 정부든 전통적으로 집권 3년차의 국정감사는 야당이 여당을 상대로 강하게 몰아붙이는 야당의 장이 되어야 하지만 올해 국감은 국가적인 여러 악재속에 여당이 일방적으로 주도하는 싱거운 국감이 전망된다. 아울러 전세계적으로 맹위를 떨치고 있는 코로나19의 영향으로 수시로 국회가 폐쇄되고 재택근무가 빈번하게 벌어지면서 국감이 끝까지 제대로 치러질 수 있을지 의문이 제기되고 있는 가운데, 9월 내내 추미애 법무부장관 아들 의혹으로 여야간 극한 정쟁이 벌어진데다 최근 이해충돌 논란으로 국민의당을 탈당한 박덕흠 의원, 이스타항공 사태에 책임을 지고 더불어민주당을 탈당한 이상직 의원에 이슈가 집중되었다. 그러나 여야가 맞불 이슈인박덕흠, 이상직 의원이 각각 탈당해 야당의 화력이 약화될 가능성이 높다. 또한 부동산, 도덕성 문제의 김홍걸 의원도전격 제명되었고, 추미애, 윤미향 건은 현재 검찰 수사 상태다. 한편, 9월 24일충격적인 연평도


[상임위 딥인터뷰:정무위] 민형배 의원 “그린뉴딜 펀드, 정부가 앞장서야 만들어진다”
[폴리뉴스 강민혜 기자] “그린뉴딜은 피해갈 수 없는 흐름입니다. 정부가 펀드조성까지 나서냐는 비판 있는데, 나서서 시동을 걸지 않으면 과연 그린뉴딜을 뒷받침할 자본을 만들어낼 수 있을까요?” 민형배 더불어민주당 의원(초선, 광주 광산구을)은 지난 9일 <폴리뉴스>와의 인터뷰에서 “정부가 그린뉴딜의 촉매제 역할을 하려는 것”이라며 이같이 말했다. 최근 정부가 내놓은 ‘국민참여형 뉴딜펀드’ 조성계획 관련, 일각에서 제기된 ‘지나친 시장개입’ 지적을 반박한 것이다. '그린뉴딜'은 거대 인프라 사업…선진국도 초기엔 정부 자금으로 시작 이번 계획의 핵심은 국민이 직접 투자에 참여하고, 정부와 정책금융기관(산업은행·상장사다리펀드)이 투자위험을 커버하는 ‘정책형 뉴딜펀드’다. 목표금액 20조 원 중 정부와 정책금융기관 출자가 7조 원(35%), 민간 매칭이 13조 원(65%)을 채운다. 이 가운데 정부 재정 약 10%는 후순위로 출자해 위험 흡수 역할을 한다. 즉, 일반 국민은 수익률이 –10%까지 떨어져도 원금을 보장받을 수 있는 셈이다. 민 의원은 “그린뉴딜은 기본적으로 거대 인프라 사업이기 때문에, 금융선진국도 초기엔 정부 자금으로 시작한다”며 “국민참


[전문] ‘이스타항공 사태’ 이상직, 결국 민주당 탈당 ...“당에 폐 끼치지 않겠다”
[폴리뉴스 이지혜 기자]이스타항공 대량 해고 논란과 공직선거법 위반 등 논란에 휩싸인 이상직 더불어민주당 의원이 24일 탈당하겠다고 밝혔다. 이 의원은 이날 국회 소통관에서 기자회견을 열고 “선당후사의 자세로 더 이상 당에 폐를 끼치지 않겠다. 잠시 당을 떠나있겠다”고 밝혔다. 그는 “이유가 어찌됐든 코로나19 사태로 전 국민이 인고의 시간을 보내고 있는 지금 이스타항공의 임금 미지급과 정리해고, 기타 저와 가족에 관련한 문제로 국민께 심려를 끼친 점 진심으로 사과드린다”며 “창업자로서, 또 대주주의 부모로서 현 상황의 무게와 제 책임을 통감한다”고 말했다. 이어 “그 책임을 피할 생각은 추호도 없으며 그렇게 행동해오지도 않았다”면서 “모두가 ‘결국 이상직이 문제를 해결했다’고 할 수 있도록 사즉생의 각오로 이스타항공과 그 직원들의 일자리를 되살려 놓겠다”고 강조했다. 또 “저에 관한 의혹을 성심성의껏 소명하고 다시 되돌아오겠다”며 “국민들과 당원동지 여러분의 눈높이에 맞는 정치인이자 공인으로 다시 서겠다”고 말했다. 이 의원은 “어떻게든 제주항공과의 인수를 꼭 성사시켜 직원들의 일자리를 지켜야되겠다는 생각에 매각대금 150억원을 깎아줘도, 또 미지급 임금을


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