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세계에서 가장 굴절률 높은 신소재 나왔다

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세계에서 가장 굴절률 높은 신소재 나왔다

2016.09.06 18:35

 

이번에 개발된 신소재의 모식도(왼쪽)과 실제 사진(오른쪽) - KAIST 제공
이번에 개발된 신소재의 모식도(왼쪽)과 실제 사진(오른쪽) - KAIST 제공

국내 연구진이 세계에서 가장 굴절률이 높은 신소재를 만드는 데 성공했다. 고성능 현미경이나 스텔스 전투기 개발 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 보인다.

 

신종화 KAIST 신소재공학과 교수팀은 굴절률이 1800에 이르는 신소재를 개발했다고 6일 밝혔다. 자연상태에서 가장 굴절률이 높은 물질은 4.0 정도다.

 

과학자들은 인공적으로 굴절률이 높은 물질을 개발하기 위해 ‘유전율(물질 내부의 전기장 값)’을 조절했다. 유전율이 높아지면 빛의 파장을 방해하는 경향이 커져 굴절률도 높아지기 때문이다. 지금까지는 얇은 막을 만들어 그사이에 강한 전기장을 가해 유전율을 강제로 높이는 방법을 썼다. 하지만 이런 방법으로는 만든 최대 굴절률이 40을 넘기기 어려웠다.

 

KAIST 연구진은 ‘공간채움’ 원리라 불리는 수학 기법을 동원해 유전율을 큰 폭으로 끌어올렸다. 얇은 막 한 장에 만드는 데 그치지 않고, 이 막을 빼곡히 물질 내부에 채워 넣었다. 최대한 촘촘히 채워 넣기 위해 최적의 배치 방법을 수학적으로 고안해 냈다. 이렇게 만든 소재는 최대 굴절률이 1800까지 늘어났다.

 

굴절률이 높은 소재는 빛을 큰 폭으로 휘게 만들 수 있어 다양한 응용이 가능하다. 연구진은 이 신소재가 5세대(5G) 휴대전화용 고성능 안테나, 스텔스기, 고성능 광학 현미경 등 분야에 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

신 교수는 "물리적 현상과 수학 원리를 결합해 새로운 소재를 개발할 수 있었다"고 말했다.

 

이 연구결과는 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 8월 30일자에 게재됐다.

 

수학적 공간채움의 원리. 1차원 직선을 구불구불 둘러 2차원 면을 가득 채운다. - KAIST 제공
수학적 공간채움의 원리. 1차원 직선을 구불구불 둘러 2차원 면을 가득 채운다. - KAIST 제공

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