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‘투명망토’ 구현하는 메타물질 만든다

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‘투명망토’ 구현하는 메타물질 만든다

2020.01.14 19:00
영화 ‘해리포터‘ 속에 등장한 투명망토
영화 ‘해리포터‘ 속에 등장한 투명망토. 

흔히 ‘투명망토’를 구현할 것으로 기대되는 메타물질이 가진 한계를 뛰어넘는 새로운 개념의 메타물질이 개발됐다. 

 

박남규 서울대 교수 연구팀은 홍콩과기대 연구진과 공동연구를 통해 음향 파동 물성을 자유자재로 구현하는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 

 

기존 메타물질은 단일 주파수에서 원하는 파동을 제공하는 구조체를 설계한다. 파동 물성에 영향을 주는 구조체를 먼저 설계하고 원하는 파동 물성이 나타날 때까지 구조체를 조금씩 변경하는 방식으로 설계됐다. 이른바 상향식 설계 기법이다. 

 

연구팀은 원하는 파동 물성을 얻을 수 있는 메타물질 구조를 계산하는 하향식 설계 기법을 연구했다. 

 

연구진이 개발한 가상화 메타물질은 기존 메타물질 설계의 물리적 구조 한계를 극복하기 위해 물리적 구조를 가상화한 디지털 프로그램으로 대체한 개념이다. 여러 주파수에서 스텔스 기능을 구현하는 연구로 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판 14일자에 게재됐다. 

 

연구진은 디지털 회로와 신호 처리 기술을 활용해 자연물질의 분극현상을 모사했다. 분극 현상은 어떤 매질이 전자기장 영향에 있을 때 매질을 구성하는 분자 내부 전하가 재배치돼 분자가 전자기적인 극성을 가지는 현상이다. 이 현상을 모사해 실제 구조체가 없어도 원하는 파동 물성과 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하고 변경할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하는 데 성공했다. 

 

연구진은 가상화 음향 메타물질 기술을 실험적으로도 검증했다. 물체 고유 진동수와 일치하는 외부 힘에 의해 진동이 증폭되는 ‘공진’ 현상의 강도나 공진 주파수와 같은 주파수 분산 특성을 완전히 제어했다. 

 

박남규 교수는 “메타물질이 응용되는 분야에 이번에 개발한 가상화 메타물질 기술을 적용할 수 있을 것”이라며 “음향 투명망토 스텔스 기술을 실험적으로 구현하는 게 목표”라고 말했다. 

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