광학 적 거대 비 선형 성 을 갖 는 메타 물질 과 동물 뼈 의 구조 비교 ( KAIST 제공 ) © 뉴스 1 ( 대전 = 뉴스 1 ) 김태진 기자 = KAIST ( 총장 신성철 ) 는 신 소재 공학 과 신종화 교수 연구 팀 이 벽돌 을 엇갈려 담 을 쌓 는 것 과 같이 나노 금속판 을 3 차원 공간 에서 엇갈리 게 배열 하 면 물질 의 광학 적 비 선형 성 이 매우 크 게 증대 될 수 있 음 을 확인 했 다고 9 일 밝혔 다 . 비 선형 성 이란 입력 값 과 출력 값 이 비례 관계 에 있 지 않 은 성질 인데 광학 에서 큰 비 선형 성 을 확보 할 경우 빛 의 속도 로 동작 하 는 인공 신경망 이나 초 고속 통신 용 광 스위치 등 의 광소자 를 구현 할 수 있 다 . 이번 연구 를 통해 발견 한 비선 형성 증대 원리 는 광학 뿐 만 아니 라 역학 , 전자기학 , 유체 역학 , 열역학 등 다양 한 물리 분야 에 적용 이 가능 하 다 . 영화 스타워즈 의 광선 검 처럼 잘 제어 된 빛 을 만드 는 것 이나 빛 만 으로 구동 되 는 광컴퓨터 를 만드 는 것 은 비 선형 성 을 이용 할 때 가능 하 다 . 지금 까지 실현 되 지 않 고 있 는 이유 는 강한 비 선형 성 을 가진 소재 가 없 기 때문 이 다 . 자연 물질 의 작 은 비 선형 성 으로 도 초 고속 광소자 , 3 차원 광식 각 공정 , 초 고 분해능 현미경 등 의 기술 들 이 구현 될 수 있 으나 이 들 은 크 고 비싼 고출력 레이저 를 사용 하 거나 , 큰 장비 혹은 소자 가 필요 하 다는 공통 적 인 한계 를 지니 고 있 다 . 신 교수 연구 팀 은 물질 의 근본 적 인 전기 적 특성 인 유전 분극 ( 물체 가 전기 를 띠 는 현상 ) 을 매우 크 게 조절 하 는 방법 을 고안 했 다 . 나노 금속판 이 3 차원 에서 엇갈려 배열 돼 있 으면 국소 분극 이 공간 을 촘촘 하 게 채우 면서 마치 시냇물 이 모여서 강 이 되 듯 전체 적 으로 매우 큰 분극 을 만들 게 된다는 점 에 착안 했 다 . 빛 의 세기 가 아닌 분극 의 크기 를 조절 해 큰 비 선형 성 및 비 선형 효과 를 얻 는 방법 은 연구 팀 이 이번 연구 에서 처음 제시 한 개념 인데 비 선형 광학 이 60 년 동안 달성 하 고자 했 던 고 효율 의 작 은 비 선형 광소자 개발 에 한 발 더 다가선 것 으로 평가 되 고 있 다 . 연구 팀 은 이번 에 고안 한 메타 물질 ( 자연 계 에 존재 하 지 않 는 특성 을 구현 하 기 위해 매우 작 은 크기 로 만든 인공 원자 의 주기 적 인 배열 로 이뤄진 물질 ) 이 시간 적 으로 짧 은 광 신호 에 대해서 도 큰 비 선형 효과 를 얻 을 수 있 음 을 통해 기존 보다 효율 적 이 면서 도 더 빠른 광소자 구현 이 가능 함 을 확인 했 다 . 이번 연구 에서 활용 된 소자 는 비슷 한 신호 시간 을 가지 는 기존 소자 보다 는 에너지 효율 이 약 8 배 나 뛰어나 고 비슷 한 에너지 효율 을 갖 는 기존 소자 보다 도 신호 시간 은 약 10 배 정도 짧 다 . 연구 팀 은 또 고안 한 메타 물질 이 광학 이외 의 물리 현상 에 도 적용 될 수 있 음 을 입증 했 다 . 신종화 교수 ( KAIST 제공 ) © 뉴스 1 신종화 교수 는 " 올해 는 1960 년 레이저 가 발명 된 지 60 년 이 되 는 해 로 , 레이저 의 발명 이 ` 센 빛 ' 을 최초 로 만든 것 이 라면 이번 연구 성과 는 ` 센 물질 ', 즉 광대 역 에서 매우 큰 유전 분극 증대 율 을 보이 는 물질 을 최초 로 발견 하 고 증명 한 연구 라는 점 에서 의미 가 크다 ˮ 고 말 했 다 . 그러 면서 " 기계 학습 을 위한 초고속 인공 신경망 등 다양 한 광 응용 소자 의 구현 을 위해 후속 연구 를 진행 하 고 있 다 ˮ 고 말 했 다 " 고 했 다 . 이번 연구 는 삼성 미래 기술 육성 재단 의 지원 을 받 아 수행 됐 다 . KAIST 신 소재 공학 과 장태용 박사 과정 이 제 1 저자 로 참여 한 이번 연구 성과 는 국제 학술지 ` 커뮤니케이션 즈 피직스 ( Communications Physics ) ' 온라인 판 에 지난 5 월 8 일 게재 됐 다 . memory 444444 @ nate . com ▶ 네이버 메인 에서 [ 뉴스 1 ] 구독 하 기 ! ▶ 뉴스 1 바로 가 기 ▶ 코로나 19 뉴스 © 뉴스 1 코리아 ( news 1 . kr ) , 무단 전재 및 재 배포 금지