수학의 무한채움 원리 이용해 유전율 2천배 높였다

KAIST 연구팀 "스텔스 전투기·무선통신 등에 활용 가능"

국내 연구진이 수학에서 사용하는 원리를 이용해 물질의 전기적 성질의 척도인 유전율을 획기적으로 높였다.

KAIST(한국과학기술원) 신소재공학과 신종화·김도경 교수와 물리학과 이용희교수 공동 연구팀은 수학의 공간 채움 원리를 적용, 기존 소재보다 2천배 이상 높은유전율을 갖는 메타물질(자연계에 없는 인공물질)을 개발했다고 6일 밝혔다.

유전율(유전상수)은 물질에 전기장이 걸릴 때 양전하(+)와 음전하(-)가 이동하는 유전분극이 일어나는 정도를 측정하는 단위다.

유전상수가 높은 축전기는 저장할 수 있는 에너지가 많아 전기 용량과 효율을높일 수 있다.

공기의 유전상수는 1이고, 현재까지 개발된 메타물질 가운데 가장 큰 유전상수는 1천600 정도로 알려졌다.

유전상수를 높이기 위해 피뢰침의 원리를 이용, 뾰족한 피뢰침에 강한 자기장을모으는 기술이 사용되고 있지만 강한 유전분극이 미치는 범위가 너무 좁다는 한계가있었다.

연구팀은 2차원의 선으로 3차원 입체 구조인 면을 무한대로 채울 수 있는 수학적 공간 채움 구조를 이용해 320만의 유전상수를 갖는 메타물질을 개발했다.

또 피뢰침의 좁은 영역에서 발생하는 강한 유전분극을 메타물질 전체에 나타나도록 구현하는 데 성공했다.

유전상수가 커지면 유전상수의 제곱근인 굴절률도 커지기 때문에, 짧아진 빛의파장을 이용해 물체를 더 세밀하게 관찰할 수 있다.

스텔스 전투기에 적용해 전자기파를 흡수·반사하는 막을 극도로 얇게 구현함으로써 레이더에 탐지되지 않도록 하거나, 5G(5세대) 휴대전화 안테나 등 무선통신 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

또 바이러스까지 관찰할 수 있는 높은 분해능을 가진 현미경 등에도 응용할 수있다.

KAIST 신소재공학과 장태용 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원을 받았다.

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