공간채움을 이용해 개발된 메타물질의 모식도와 실제 사진.(사진제공=KAIST)
[대전=일요신문] 박하늘 기자 = 수학의 공간채움 원리를 이용, 물질 간 전기가 통하는 척도인 유전상수를 높이는 기술이 국내연구진에 의해 개발됏다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 신종화·김도경 교수·물리학과 이용희 교수 연구팀이 수학의 공간채움 원리를 이용, 기존 기술보다 2000 배 이상 높은 유전상수를 갖는 전자기파 신소재를 개발했다고 6일 밝혔다.
유전상수는 물질 내부의 전하 사이에 전기장이 작용할 때 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 단위다. 형질이 다른 개체로 전기가 어느정도 유전되는지를 나타낸다. 그동안 유전상수를 키우기 피뢰침 끝에 전기장이 모이는 ‘전기장 국소화 원리’가 사용돼 왔지만 강한 유전분극일수록 영향의 범위가 좁다는 한계를 가졌다.
연구팀은 이같은 한계를 극복하기 위해 유한한 크기를 갖는 면의 모든 점을 통과하는 선을 무한대로 그려가는 ‘수학적 공간채움 구조’를 이용했다.
연구팀은 수학적 공간채움 구조를 전자기 소재에 대입해 강한 유전분극이 메타물질 공간 내부 전체에 밀집돼 나타나게 만들었다. 또한 공간채움 선의 방향을 조절해 밀집된 유전분극이 서로 상쇄되지 않고 합쳐지도록 조절했다.
그 결과 좁은 공간에 증대된 유전분극들이 공간채움 구조를 통해 거대하게 발현되는 효과를 얻었으며 실제로 구현함으로써 300만 이상의 큰 유전상수를 얻을 수 있었다. 이를 이용하면 아주 얇은 막으로도 원하는 방향으로 전자기파를 반사시키거나 대부분 흡수시킬 수 있다.
연구팀은 이번 연구성과가 전투기나 함정에 씌워서 레이더에 탐지되지 않도록 하는 국방분야나 5G 휴대전화용 안테나 등 무선통신 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
더 나아가 가시광선에 적용시 바이러스를 직접 볼 수 있는 높은 분해능을 가진 현미경을 만들 수 있을 것으로 내다보고 있다.
이번 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 8월30일자 온라인 판에 게재됐다.
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