KAIST 연구 진 , 광학 적 비선 형성 증대 가능 성 확인 [ 이 데일리 강민구 기자 ] 국내 연구 진이 뼈 의 단단 함 을 모사 해 광학 적 특성 을 높인 물질 을 개발 했 다 . 한국과학기술원 ( KAIST ) 은 신종 화 신 소재 공학 과 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 크 게 증대 될 수 있 음 을 확인 했 다고 9 일 밝혔 다 . 광학 적 거대 비 선형 성 을 갖 는 메타 물질 과 동물 뼈 의 구조 비교 . < 자료 = 한국과학기술원 > 영화 스타워즈 의 광선 검 처럼 잘 제어 된 빛 을 만들 거나 빛 만 으로 구동 되 는 광컴퓨터 를 만드 는 것 은 비 선형 성 을 이용 해야 가능 하 다 . 비 선형 성 이란 입력 값 과 출력 값 이 비례 관계 에 있 지 않 은 성질 이 다 . 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 . 하지만 강한 비 선형 성 을 가진 소재 가 존재 하 지 않 았 다 . 자연 물질 의 작 은 비 선형 성 으로 도 초 고속 광소자 , 초 고 분해능 현미경 등 의 기술 을 구현 하 지만 크 고 비싼 고출력 레이저 를 사용 하 거나 , 큰 장비 나 소자 가 필요 하 다 . 이 에 미세 한 인공 구 조체 를 설계 해서 그 틈 에 빛 을 모으 는 방법 들 이 시도 됐 다 . 비 선형 성 은 빛 의 세기 에 비례 하 기 때문 에 같 은 부피 의 자연 물질 대비 작 은 빛 의 세기 로 비슷 한 수준 의 비 선형 효과 를 얻 을 수 있 다 . 하지만 비 선형 효과 의 최대 크기 가 결국 달라지 지 않 아 응용 에 한계 가 있 다 . 신 교수 연구 팀 은 물체 가 전기 를 띠 는 현상 인 유전 분극 을 크 게 조절 하 는 방법 을 고안 했 다 . 나노 금속판 이 3 차원 에서 엇갈려 배열 되 면 극소 분극 이 공간 을 촘촘 하 게 채우 면서 전체 적 으로 큰 분극 을 만들 수 있 다 . 연구 팀 은 이번 에 고안 한 메타 물질 은 시간 이 짧 은 광 신호 에 대해 큰 비 선형 효과 를 얻 었 다 . 이 를 통해 기존 보다 효율 적 이 면서 도 더 빠른 광소자 를 구현 할 수 있 었 다 . 연구 에 활용 된 소자 는 기존 소자 보다 에너지 효율 이 약 8 배 뛰어나 고 비슷 한 에너지 효율 을 갖 는 기존 소자 보다 신호 시간 은 약 10 배 정도 짧 다 . 메타 물질 을 광학 이외 의 물리 현상 에 도 적용 될 수 있 다는 사실 도 입증 됐 다 . 연구 팀 은 단백질 의 단단 함 대비 뼈 의 단단 함 을 설명 하 는 모델 이 이번 연구 에서 고안 한 광학 적 비선 형성 증대 원리 와 수학 적 으로 유사 하 다는 사실 을 알아냈 다 . 신종화 교수 는 “ 레이저 의 발명 이 ‘ 센 빛 ’ 을 처음 만든 것 이 라면 이번 연구 는 ‘ 센 물질 ’, 즉 광대 역 에서 큰 유전 분극 증대 율 을 보이 는 물질 을 처음 발견 하 고 , 증명 했 다는 점 에서 의미 가 있 다 ” 며 “ 기계 학습 을 위한 초고속 인공 신경망 등 다양 한 광 응용 소자 의 구현 을 위해 후속 연구 를 진행 중 ” 이 라고 말 했 다 . 연구 결과 는 국제 학술지 ‘ 커뮤니케이션 즈 피직스 ( Communications Physics ) ’ 에 지난달 8 일 온라인 판 에 게재 됐 다 . 강민구 ( science 1 @ edaily . co . kr ) 네이버 에서 ‘ 이 데일리 ’ 구독 하 기 ▶ 청춘 뉘 우스 ~ 스냅 타임 ▶＜ⓒ 종합 경제 정보 미디어 이 데일리 - 무단 전재 & 재 배포 금지 ＞