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27시간 지속되는 ‘메모리 메타물질’ 개발

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27시간 지속되는 ‘메모리 메타물질’ 개발

2016.02.24 18:00
KAIST 제공
KAIST 제공
밤새 베고 자도 원래 형태를 유지하는 메모리폼 베개처럼, 부여된 특성을 계속 유지하는 메타물질을 국내 연구진이 개발했다.

 

민범기 KAIST 기계공학과 교수(사진) 팀은 외부의 자극 없이도 설정된 특성을 스스로 유지하는 ‘메모리 메타물질’을 개발하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

 

메타물질은 자연에서 발견되지 않는 특이한 광학적 성질을 얻기 위해 만들어진 인공 물질로, 고해상도 렌즈나 투명망토 등에 응용하려는 연구가 진행되고 있다. 하지만 메타물질이 고유한 광학적 특성을 유지하기 위해서는 지속적인 외부 자극이 필요하다는 단점이 있다.

 

최근 이를 극복하기 위해 외부 자극이 제거된 후에도 특성을 유지하는 메모리 메타물질을 개발하고 있지만, 60도 이상의 고온이나 부피가 큰 광학 장치에서만 작동할 수 있어 실제로 응용하기에는 한계가 있다.

 

연구진이 개발한 메모리 메타물질의 구조도. 연구진은 기존 그래핀 메타물질에 강유전체를 접목해 광학적 특성을 유지하는 메타물질을 개발했다. - KAIST 제공
연구진이 개발한 메모리 메타물질의 구조도. 연구진은 기존 그래핀 메타물질에 강유전체를 접목해 광학적 특성을 유지하는 메타물질을 개발했다. - KAIST 제공

연구팀은 그래핀 기반의 메타물질에 메모리 특성이 우수한 강유전체 고분자를 쌓아 올려 이 문제를 해결했다.

 

강유전체 고분자는 탄소원자를 중심으로 전기 음성도가 작은 수소와, 큰 불소 원자가 결합한 형태의 고분자로 전압의 극성에 따라 두 전하가 배열을 달리하고 이를 유지하는 특성이 있다.

 

연구팀은 이렇게 개발한 메모리 메타물질에서 전기 자극의 방향에 따라 강유전체의 전하가 정렬되고, 전극이 제거된 후에도 극성이 유지된다는 사실을 확인했다. 20분 정도 광학적 특성을 유지하던 기존 소자와 달리 10만 초(27시간) 이상 광학적 특성이 유지됐다.

 

또 연구팀은 메타물질의 위와 아래에 강유전체를 샌드위치처럼 배열한 소자를 제작하는 방식으로 2개의 전기적 압력을 스스로 계산해 이를 광학적 특성으로 출력하는 ‘논리연산 메타물질’도 개발했다.

 

민 교수는 “단일 압력에 의해서만 바꿀 수 있었던 기존 물질과 달리, 메타물질의 특성을 더 다양하게 변화시킬 수 있다”며 “이를 이용하면 저전력으로 구동 가능한 광학 소자를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1월 27일자에 실렸다.

 

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