광학특성으로 작동하는 기억·논리연산 메타물질 개발

KAIST 민범기 교수 "저전력 초박막형 광학소자에 응용"

국내 연구진이 전기에 의해 변화된 광학적 특성을 기억하는 메모리 메타물질과 이를 이용해 논리회로를 구성할 수 있는 논리연산메타물질을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 24일 기계공학과 민범기 교수 연구팀이 그래핀과 강유전체 고분자를 이용해 투과도, 위상, 편광상태 등 광학적 특성을 저장할 수 있는 메모리 메타물질을 개발하고 이를 이용해 논리회로를 구성할 수 있는 논리연산 메타물질을 시연했다고 밝혔다.

메타물질은 자연에서 발견되지 않은 특이한 광학적 성질을 얻고자 인위적으로설계한 물질이다. 빛의 파장보다 훨씬 짧은 구조물로 구성되며 고해상도 렌즈나 투명망토 등에 응용할 수 있어 활발히 연구되고 있다.

그러나 메타물질이 변화된 광학적 특성을 유지하려면 외부자극이 지속적으로 가해져야 하기 때문에 많은 전력이 소모된다. 이를 극복하고자 외부자극을 제거해도변화된 특성이 유지되는 메모리 메타물질 개념이 등장했다.

메모리 메타물질은 변화된 광학적 특성이 저장되는 장점이 있지만 기존의 메모리 메타물질은 고온에서만 기억되거나 동작에 부피가 큰 광학적 장치가 필요해 현실적 응용에는 한계가 있었다.

민 교수팀은 메타물질에 그래핀과 강유전체 고분자를 접목, 강유전체-그래핀-메타원자-폴리이미드 구조로 된 메모리 메타물질을 만들어 기존 메타물질의 한계를 극복했다.

강유전체 고분자는 탄소를 중심으로 불소, 수소가 결합한 분자로 외부 전압의극성에 따라 회전할 수 있고 상온에서도 안정적으로 변화 상태를 유지한다. 또 초박막형으로 제작할 수 있고 빛의 편광상태 등 다중 상태도 기억할 수 있다.

연구진은 또 이 메모리 메타물질의 원리를 응용, 논리연산이 가능한 논리연산메타물질을 만들어 2비트 디지털-아날로그 변환이 가능한 논리회로를 시연했다.

이 논리연산 메타물질은 그래핀이 두 개의 강유전체층과 샌드위치 구조를 이뤄두 전기적 입력의 논리 연산 결과가 광학적 특성으로 출력된다.

민 교수는 "이 연구 결과는 메모리 메타물질을 통해 저전력으로 구동하는 초박막형 광학 소자에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한국연구재단 중견연구자 지원사업 등의 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈스'(Nature Communications, 1월 27일자) 온라인판에게재됐다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>