메타 물질

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메타 물질(영어: Metamaterial)은 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타 원자 (meta atom)의 주기적인 배열로 이루어진 가상의 물질이다. 이것은 자연에서 발견할 수 없는 일련의 성질을 가지도록 아주 세심하게 인공적으로 설계해 만든 것이다. 주변 공기보다 밀도가 더 높은데도 불구하고 빛을 법선에서 멀어지도록 굴절시킨다. 이러한 성질을 음의 굴절률이라 부른다. 영국의 Sir J. Pendry가 음의 굴절율의 물질이 수퍼 렌즈를 만들 수 있다는 논문 발표 (PRL, 1999)이후로 메타물질이 그것을 실현할 수 있다는 사실 때문에 대두된 분야다. 음의 굴절율 뿐만 아니라 국내에서 KAIST 민범기 교수 그룹에서 2011년 매우 높은 굴절율을 가지는 테라헤르쯔 메타물질을 발표 (Nature, 2011)하는 등, 그 연구에 많은 잠재성을 내포하고 있다. Transformation Optics를 이용하면 원리적으로는 사람들이 소위 말하는 투명 망토를 만들 수 있지만, 실현하기는 매우 힘들다. 그 이유로는 3차원 메타물질을 만들기 매우 어렵고(지금까지 2차원 메타 물질을 만드는 데 성공했지만, 그 크기는 우표 크기의 수십억분의 1정도로 매우 작다), visible 주파수 대역에서의 금속은 매우 에너지 소모가 심하다. 현재 실험적으로 투명망토(cloaking)를 구현한 대역은 마이크로 웨이브 대역 (GHz)이다.

현재의 연구는 이전의 음굴절 메타물질을 이용해서 파장 이하 이미징을 하는 것 보다는 메타물질을 이용한 여러가지 메타디바이스(meta-device)를 만드는 것과, 다양한 물질과 결합(그래핀: Nature Materials, 2012, Lee et al.)을 하는 것 등이 더 활발하다.