국내외 연구진이 기존 카메라 렌즈 두께의 1000분의 1수준인 마이크로미터(μm, 1μm=100만분의 1m) 두께의 그래핀 메타렌즈를 만들었다.
기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단 김튼튼 연구위원이 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 민범기 교수 연구진, 영국 버밍엄대학 장슈앙(Shuang Zhang) 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 메타표면과 그래핀을 접합한 그래핀 메타렌즈를 제작했다고 27일 밝혔다.
기존 카메라 렌즈 두께의 1000분의 1수준인 마이크로미터(μm, 1μm=100만분의 1m) 두께로, 빛의 위상을 조작해 배율을 조절하는 획기적인 방법으로 만들었다.
그래핀 메타렌즈는 U형 금박 광학안테나(이하 광학안테나)가 촘촘하게 배열된 메타표면으로 제작됐다. 광학안테나가 빛의 위상을 제어해 좌편광(우편광)된 빛을 우편광(좌편광)으로 전환시킨다.
광학안테나의 배열을 바꾸면 빛을 원하는 방향으로 굴절시키거나 한 곳으로 모을 수 있다. 빛의 위상을 개별적으로 조작해 렌즈의 두께와는 무관하게 배율 조정도 가능하다.
연구팀이 구현한 그래핀 메타렌즈는 테라파의 주파수를 이용하도록 제작됐다.
연구팀은 전압을 조절해 그래핀 메타렌즈를 투과해 모인 빛의 세기를 제어하는 데에도 성공했다.
빛의 세기를 조절하는 조리개 역할을 하는 것은 0.2나노미터(1nm=10억분의 1m)의 얇은 그래핀이다. 평상시에는 투명하지만 흐르는 전압의 크기가 커질수록 불투명해지는 특성을 이용했다.
김튼튼 연구위원은 “25마이크로미터 두께의 그래핀 메타렌즈를 실제로 구현했다”며 “그래핀과 결합시켜 비교적 간단한 전압조절로 집속된 빛의 세기를 효과적으로 제어할 수 있다는 것으로, 초소형 광학기기에 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 성과는 광학분야 전문학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials)’ 지난 20일자 온라인 판에 게재됐다.
[충남일보 이훈학 기자]
