포스텍·전북대 연구팀, 100년된 이론 깨고 '파동 가두는 기술' 개발

에너지 수확 기술 등 다양한 분야에서 마중물 될 터

포스텍 노준석 교수

전북대 김은호 교수

최근 포스텍(포항공대)·전북대 연구팀이 기존 이론으로는 불가능하다고 여겨졌던 '파동을 완벽하게 가두는 기술'을 개발했다.

연구 결과는 물리학 분야 최고 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'에 최근 게재됐다.

연구팀은 스마트폰이나 라디오, 초음파 장비 등 공진 현상을 활용한 기술에 주목했다.

공진이란 그네를 탈 때 적절한 타이밍에 밀어주면 더 높이 올라가듯, 특정 주파수에서 파동이 증폭되는 현상이다.

관련 연구는 약 100년 전 노벨상 수상자 '존 폰 노이만'과 '유진 위그너'가 특정 조건에서 에너지 손실 없이 파동을 가둘 수 있는 '연속체 내 속박 상태(이하 BIC)' 이론을 제시하면서 지금까지 이어져 오고 있다.

이 이론은 마치 강물이 흐르고 있음에도 특정한 지점에 소용돌이가 생겨 물이 계속 그 자리에서 맴도는 현상과 유사한데, 과학계에서는 이 현상이 단일 입자 수준에서는 존재할 수 없다고 여겨왔다.

연구팀은 100년간 이어진 이 같은 이론적 한계를 깨고, 단일 입자 내에서도 BIC를 실현할 수 있음을 증명했다.

연구팀은 원통형 고체 입자로 구성된 과립 결정을 만들고, 입자간 접촉면을 정밀하게 조절해 파동의 결합 정도를 조정했다.

그 결과 특정 조건에서 외부로 에너지 방출이 차단되는 '편광 보호 BIC'가 만들어졌고, 이를 적용했을 때 1천 이상의 품질 계수를 기록할 정도로 뛰어난 성능을 보였다.

품질 계수는 공진기가 에너지를 얼마나 잘 가두는지 나타내는 지표로, 수치가 높을수록 에너지 손실이 적다는 의미다.

포스텍 노준석 교수는 "100년 가까이 이어져 온 이론의 한계를 깼다"며 "아직 물리 현상에 대한 기초연구 단계지만, 에너지 수확 기술 및 초고감도 센서, 통신 기술 등 다양한 분야에서 중요한 마중물이 될 것으로 기대된다"고 했다.