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이승우 교수팀, 굴절률 10 이상의 메타 표면 개발 성공
2024.08.26 Views 444
굴절률 10 이상의 메타 표면 개발 성공
이승우 교수팀, Small 논문 발표
콜로이드 자가조립 기술을 활용해 광학 굴절률 10 이상 최초 달성, 자연계에서 얻어낼 수 있는 한계인 4의 2.5배 높은 굴절률 달성
(좌측 상단부터) 김나연(제1저자, 고려대학교), 허지혁 교수(공동 제1저자, 고려대학교), 조용덕 박사(공동 제1저자, 고려대학교), 박성훈 (공동저자, 고려대학교),
김현호 (공동저자, 고려대학교), 노경훈 (공동저자, 고려대학교), 이재원 박사 (공동저자, 고려대학교), 이승우 교수 (교신저자, 고려대학교)
[그림 1] 이번 연구를 통해 세계 최초로 플라즈모닉 나노입자 조립을 이용한 굴절률 10 이상의 메타표면을 구현하였다. 특히, 기존의 구형 나노입자에서는 달성할 수 없었던 고굴절률의 메타표면을 다면체 나노입자 등 다양한 형태의 나노입자를 활용하고, 나노입자에 고분자를 적용한 자가조립 방식을 통해 이 같은 성과를 이루었다. 본 연구의 콜로이드 자가조립 기술은 획기적인 발전을 이룩하였으며, 이는 재료 과학 분야에서 중요한 진전을 의미할 뿐만 아니라, 향후 광전자 소자, 센서, 광회로 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.
□ 이승우 교수 연구팀은 금 나노입자를 활용한 콜로이드 자가조립을 통해 새로운 메타표면을 개발하고, 이를 통해 광학 굴절률 10.12를 달성하였다 [그림1]. 이번 연구는 금속 나노입자의 전기 쌍극자 공명을 최적화하여 자가조립된 메타표면의 굴절률을 극대화한 것으로, 기존 광학 소재의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 가능성을 제시하였다.
□ 굴절률은 빛과 물질 상호작용을 규정하는 가장 기본적인 물리량이다. 굴절률이 높을수록 안경의 렌즈를 얇게 만들거나 반도체 공정에서 반도체 선폭을 줄 일 수 있는데, 자연계 물질에서 얻어낼 수 있는 굴절률 한계는 4초반이다.
□ 이승우 교수 연구팀이 개발한 메타표면은 다양한 고분자를 이용해 나노입자 간의 간격을 정밀하게 조절하고, 이를 통해 전기 쌍극자 간의 강력한 커플링 효과를 실현하였다. 이로 인해 기존 소재로는 도달할 수 없었던 높은 굴절률을 가능하게 하였으며, 특히 고성능 광학 소자 제작에 유리한 특성을 보였다.
□ 이번 연구는 기존의 플라즈모닉 나노입자 조립으로는 달성할 수 없었던 굴절률 10 이상을 구현한 성과를 보여준다. 특히, 기존의 구형 나노입자 대신 다면체 나노입자 등 다양한 형태의 나노입자를 활용하고, 나노입자에 고분자를 적용한 자가조립 방식을 통해 이 같은 성과를 이루었다. 콜로이드 자가조립 기술의 획기적인 발전은 재료 과학 분야에서 중요한 진전을 의미할 뿐만 아니라, 향후 광전자 소자, 센서, 광회로 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
□ 본 연구팀이 활용한 고분자 코팅을 이용한 자가조립 방식은, 기존의 자가조립 기술에서 발생할 수 있는 나노입자 간의 불규칙한 간격 문제를 해결하고, 나노입자 간의 정밀한 간격 조절을 가능하게 하여 높은 굴절률을 안정적으로 구현할 수 있도록 한다. 이를 통해 개발된 메타표면은 광범위한 파장대에서 우수한 성능을 발휘하며, 특히 자외선에서 가시광선, 적외선에 이르기까지 다양한 파장에서 안정적으로 작동할 수 있는 장점이 있다.
□ 또한, 이번 연구에서는 다양한 형태의 금 나노입자(구형, 다면체, 나노큐브)를 사용하여 메타표면을 구성한 결과, 다면체 및 나노큐브 형태의 나노입자가 구형보다 더 높은 굴절률을 나타냈으며, 이를 통해 메타표면의 성능을 극대화할 수 있었다. 본 연구 결과는 향후 고해상도 렌즈, 고감도 광학 센서, 메타물질 기반의 혁신적 광학 기기 등 다양한 첨단 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
□ 본 연구팀은 이 기술이 기존 광학 소재의 한계를 극복하고 새로운 응용 가능성을 열어줄 것이라고 전망하고 있으며, 앞으로도 다양한 형태의 나노입자와 고분자를 활용한 연구를 지속하여 메타표면 기술을 더욱 발전시킬 계획이다.
이승우 교수팀, Small 논문 발표
콜로이드 자가조립 기술을 활용해 광학 굴절률 10 이상 최초 달성, 자연계에서 얻어낼 수 있는 한계인 4의 2.5배 높은 굴절률 달성
(좌측 상단부터) 김나연(제1저자, 고려대학교), 허지혁 교수(공동 제1저자, 고려대학교), 조용덕 박사(공동 제1저자, 고려대학교), 박성훈 (공동저자, 고려대학교),
김현호 (공동저자, 고려대학교), 노경훈 (공동저자, 고려대학교), 이재원 박사 (공동저자, 고려대학교), 이승우 교수 (교신저자, 고려대학교)
□ 고려대학교(총장 정진택) 이승우 교수팀(KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과)은 콜로이드 자가조립 기술을 활용해 굴절률 10을 초과하는 새로운 형태의 메타표면을 개발하는 데 성공하였다. 본 연구는 차세대 광학 소자 개발에 중요한 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.
□ 이번 연구 결과는 한국시간 7월 31일 세계적 학술지 Small (Impact Factor: 13)에 출판되었다.
□ 이번 연구 결과는 한국시간 7월 31일 세계적 학술지 Small (Impact Factor: 13)에 출판되었다.
□ 이승우 교수 연구팀은 금 나노입자를 활용한 콜로이드 자가조립을 통해 새로운 메타표면을 개발하고, 이를 통해 광학 굴절률 10.12를 달성하였다 [그림1]. 이번 연구는 금속 나노입자의 전기 쌍극자 공명을 최적화하여 자가조립된 메타표면의 굴절률을 극대화한 것으로, 기존 광학 소재의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 가능성을 제시하였다.
□ 굴절률은 빛과 물질 상호작용을 규정하는 가장 기본적인 물리량이다. 굴절률이 높을수록 안경의 렌즈를 얇게 만들거나 반도체 공정에서 반도체 선폭을 줄 일 수 있는데, 자연계 물질에서 얻어낼 수 있는 굴절률 한계는 4초반이다.
□ 이승우 교수 연구팀이 개발한 메타표면은 다양한 고분자를 이용해 나노입자 간의 간격을 정밀하게 조절하고, 이를 통해 전기 쌍극자 간의 강력한 커플링 효과를 실현하였다. 이로 인해 기존 소재로는 도달할 수 없었던 높은 굴절률을 가능하게 하였으며, 특히 고성능 광학 소자 제작에 유리한 특성을 보였다.
□ 이번 연구는 기존의 플라즈모닉 나노입자 조립으로는 달성할 수 없었던 굴절률 10 이상을 구현한 성과를 보여준다. 특히, 기존의 구형 나노입자 대신 다면체 나노입자 등 다양한 형태의 나노입자를 활용하고, 나노입자에 고분자를 적용한 자가조립 방식을 통해 이 같은 성과를 이루었다. 콜로이드 자가조립 기술의 획기적인 발전은 재료 과학 분야에서 중요한 진전을 의미할 뿐만 아니라, 향후 광전자 소자, 센서, 광회로 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
□ 본 연구팀이 활용한 고분자 코팅을 이용한 자가조립 방식은, 기존의 자가조립 기술에서 발생할 수 있는 나노입자 간의 불규칙한 간격 문제를 해결하고, 나노입자 간의 정밀한 간격 조절을 가능하게 하여 높은 굴절률을 안정적으로 구현할 수 있도록 한다. 이를 통해 개발된 메타표면은 광범위한 파장대에서 우수한 성능을 발휘하며, 특히 자외선에서 가시광선, 적외선에 이르기까지 다양한 파장에서 안정적으로 작동할 수 있는 장점이 있다.
□ 또한, 이번 연구에서는 다양한 형태의 금 나노입자(구형, 다면체, 나노큐브)를 사용하여 메타표면을 구성한 결과, 다면체 및 나노큐브 형태의 나노입자가 구형보다 더 높은 굴절률을 나타냈으며, 이를 통해 메타표면의 성능을 극대화할 수 있었다. 본 연구 결과는 향후 고해상도 렌즈, 고감도 광학 센서, 메타물질 기반의 혁신적 광학 기기 등 다양한 첨단 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
□ 본 연구팀은 이 기술이 기존 광학 소재의 한계를 극복하고 새로운 응용 가능성을 열어줄 것이라고 전망하고 있으며, 앞으로도 다양한 형태의 나노입자와 고분자를 활용한 연구를 지속하여 메타표면 기술을 더욱 발전시킬 계획이다.
- 논문명 : Achieving Optical Refractive Index of 10‐Plus by Colloidal Self‐Assembly
- 논문게재지 : Small (2024년 07 월 31 일 online published)
- 논문게재지 : Small (2024년 07 월 31 일 online published)
