포스텍 등 연구팀, '더 세고 멀리' 회전하는 적외선 구현

정밀측정 기반 기술로 각광

포스텍 노준석 교수

포스텍 김민경 박사

포스텍 양영환 통합과정

연세대 이다솔 교수

국내 연구진이 '더 세고, 더 멀리' 회전하는 적외선을 찾아냈다.

포스텍(포항공대) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 김민경 박사, 통합과정 양영환 씨 연구팀은 연세대 미래캠퍼스 의공학부 이다솔 교수와 함께 근적외선 영역대에서 효율이 가장 높은 광스핀홀 효과를 처음으로 구현해냈다.

연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 최근 실렸다.

광스핀홀 효과란 빛이 굴절할 때 입사 평면에 수직인 방향으로 빛이 이동하는 현상을 말한다. 경계면에 대한 정보를 담고 있기 때문에 정밀한 측정을 위한 기반 기술로 각광을 받고 있다.

연구팀은 빛이 경계면에서 투과하거나 반사하면 두 갈래로 갈라지는 것에 주목했다. 또 광스핀홀 효과가 클수록 투과하거나 반사하는 빛의 세기가 줄고 효율 역시 낮아지는 것을 확인했다.

그간 효율을 높이고자 하는 연구가 진행된 경우는 있지만 3차원의 복잡한 형상이 필요한 데다가 이를 제작할 수 있는 공정이 없어 실현이 어려웠다. 작동 영역도 파장이 비교적 긴 '마이크로웨이브 영역'에 한정돼 있었다.

이에 연구팀은 빛의 경로를 자유롭게 바꿀 수 있는 메타표면을 통해 파장이 800나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m)인 근적외선 영역에서 광스핀홀 효과를 구현해냈다. 이 메타표면은 단층 구조로 크기는 작지만, 빛의 큰 변화를 유도하는 역할을 한다.

연구팀은 빛의 이동량이 파장의 10배를 넘으면서도 효율이 70% 이상에 달하는 광스핀홀 효과를 확인했다. 앞서 광스핀홀 효율 연구(2013년 포스텍 노준석 교수·사이언스 발표)와 비교해 70배 높아진 결과다.

연구팀 관계자는 "고효율 광스핀홀 효과에 관한 기존 연구보다 작동 파장대를 1만분의 1크기로 줄였다는 점에서 초소형 광학 소자로도 적용 가능해 보인다"고 했다.