연구동향
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적층형 3차원 메타 물질 제작
이은지(포항공과대학교 기계/화학공학과)

메타렌즈, 홀로그램, 나노 광학 등 나노 구조의 응용 분야가 넓어짐에 따라 더 복잡한 형상을 높은 해상도로 가공하는 기술에 대한 관심이 높아졌다. 3차원 메타 물질을 구현하기 위해서는 2차원 나노 구조를 적층하여 만들거나 3차원 나노공정법을 통해 메타 물질을 제작하는 방법이 있다[1].


메타물질의 광학적 특성은 2차원 형상에서 확인할 수 있지만 이를 투명망토나 슈퍼렌즈 등에 실제로 적용하기 위해서는 3차원 가공이 필요하다. 그러나 음의 굴절률을 가지는 메타물질 제작의 경우 금속 물질의 가공과 높은 에너지 소실로 인해 2차원의 메타 표면 가공으로 국한되었다[3].


금속 공진기를 3차원으로 가공할 경우 공진 등에 의한 손실이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 음의 굴절률을 달성하며 저손실의 3차원 나노 구조를 제작하기 위해 금속-유전체의 반복적인 적층을 통해 메타 물질을 만드는 연구가 진행되었다. 기존에 까다로운 리프트 오프 공정을 거치는 과정 대신 각 금속 층을 쌓을 때마다 스핀코팅을 이용한 유전체 스페이서를 도입하여 균일하고 잘 정렬된 3차원 나노 구조를 제작하는 연구가 수행되었다.

해당 연구에서는 음의 굴절률을 달성하기 위해 일반적으로 이용되는 분할 링 구조(split ring resonator: SRR)를 적층하였으며 인접한 SRR 사이의 전자기장 커플링은 스페이서 층의 두께나 레이어의 수에 의해 영향을 받으므로 이를 조절하여 3차원 나노 구조를 제작하였다[4]. 이렇게 제작되는 3차원 나노 구조의 성능에 가장 중요하게 영향을 미치는 요소는 적층의 정확도이다.


 

 



  • 메타물질의 광학적 특성
  • 메타물질 제작
  • SRR 사이의 전자기장 커플링
  • split ring resonator: SRR
  • 금속 공진기
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