국내 연구진이 해외 연구진과 공동으로 ‘광대역 스텔스 구현’을 위한 ‘가상화 메타물질’ 기술 개발에 성공했다.

과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 서울대학교 박남규 교수, 조춘래 연구원 연구팀이 홍콩과기대학(HKUST) Jensen Li 교수, Xinhua Wen 연구원과 공동으로, 음향 파동 물성을 자유자재로 구현할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발했다고 밝혔다.

메타물질(meta material)이란 자연에 존재하는 원자를 모사한 인공구조물로, 메타물질의 구조를 바꾸면 자연에 있는 기존의 물질이 제공하지 못하는 특이한 물리적 성질을 나타낼 수 있어 고해상도 이미징, 투명망토 스텔스, 무반사 태양전지 등 다양한 기능을 구현할 수 있게 될 것으로 기대받고 있다.

하지만, 메타물질이 제공하는 성질은 제작에 사용된 자연 물질과 구조체의 특성에 의해 결정되므로 모든 물성을 구현하는 데는 어려움이 있다. 특히 주파수에 대한 응답을 제어하거나, 설계하는데 큰 제약이 따른다.

이에 연구진은 디지털 회로와 신호 처리 기술을 이용, 자연 물질의 분극 현상을 모사해, 실제 구조체 없이 원하는 파동 물성과 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하고 변경할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하는 데 성공했다. 가상화 메타물질(Virtualized meta material)이란 기존 메타물질 설계가 가지고 있는 물리적 구조의 한계를 극복하기 위해, 물리적 구조를 가상화된 디지털 회로 프로그램으로 대체 하는 개념이다.

이번에 개발한 메타물질은 세계 최초로 주파수 분산 특성의 설계가 가능한 메타물질이다. 연구진은 공진 강도나 공진 주파수, 대역폭과 같은 주파수 분산 특성의 완전한 제어를 실험적으로 검증했다.

본 연구에서 검증한 가상화 메타물질의 파동 물성 설계 기술은 기존 메타물질에서 구현할 수 없는 광대역 파동 물성을 제공함으로써, 광대역 투명망토 스텔스, 파동에너지 집속, 여러 주파수대역에서 동작하는 메타표면 설계 등으로 응용될 수 있다.

‘가상화 음향 메타물질’ 기술은 기존 메타물질의 한계를 뛰어넘어 여러 주파수에서 스텔스 기능을 구현하는 연구성과로, 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ (Nature Communications, IF=11.880) 온라인판에 1월 14일 게재되었다.