포스텍 연구팀, 메타표면에 선명한 이미지 담는데 성공…세계 최초의 기술로 기록

연구팀 "초고용량 광 데이터 저장, 암호화 시스템 등 다양한 광학 응용에 기여할 것"

포스텍 노준석 교수

포스텍(포항공대) 노준석 교수팀이 머리카락보다 100배 이상 얇은 메타표면에 최대 36개의 선명한 이미지를 담아내는 혁신적인 기술을 개발했다.

이번 연구는 재료과학과 나노 분야 학술지인 '어드밴스드 사이언스'에 게재됐다.

이번 연구의 핵심은 '메타표면'이라는 특별한 나노 구조다.

머리카락 굵기의 수백 분의 1 수준으로 얇은 메타표면은 빛이 지나갈 때 그 빛의 특성을 자유자재로 바꿀 수 있다. 연구팀은 단단하면서도 빛을 잘 통과시키는 '실리콘 질화물'을 사용해 원자만큼 작은 나노미터(nm) 크기의 기둥을 만들었다. 이 기둥들은 '메타원자'이라 불리며, 메타표면에서 빛을 정밀하게 제어하는 역할을 한다.

이 기술에서 주목할 점은 빛의 색(파장)과 회전 방향(스핀)에 따라 전혀 다른 이미지가 나타난다는 것이다.

이를테면 빨간색 빛을 왼쪽으로 회전시키면 사과 이미지가, 오른쪽으로 회전시키면 자동차 이미지가 보이는 식이다.

연구팀은 이 기술을 이용해 가시광선 영역에서는 20nm 간격으로 36개의 이미지를, 가시광선부터 근적외선 영역에서는 8개의 이미지를 하나의 메타표면으로 구현했다.

특히 이 기술은 설계와 제작이 단순할뿐 아니라, 기존 문제점으로 지적받던 이미지 간 간섭과 배경 잡음도 해결함으로써 이미지 품질을 크게 향상시켰다는 점에서 평가가 높다.

노준석 교수는 "스핀과 파장 정보를 단일 위상 최적화 과정으로 다중화하고, 이를 낮은 노이즈와 높은 이미지 품질로 구현해 낸 첫 사례"라며 "이 기술은 대량 생산과 상용화 가능성이 높아 초고용량 광 데이터 저장, 암호화 시스템, 다중 이미지 디스플레이 등 다양한 광학 응용에 기여할 것으로 기대된다"고 했다.