스피커 앞에 해리포터가 투명 망토를 입고 서있으면 어떤 일이 벌어질까? 국내 연구진이 음파 경로상의 장애물을 사라지게 하는 ‘음향 투명망토’를 만들 수 있는 꿈의 기술을 개발했다.
서울대 공대 전기정보공학부 박남규 교수팀은 ‘메타 원자’를 이용해 음(-)굴절, 영(0)굴절, 고(高)굴절, 클로킹(cloaking.은폐) 등 특이한 파동전파를 전(全) 영역에서 자유자재로 가능하게 하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.
메타 물질은 자연의 원자를 본뜬 인공 구조물(메타원자)을 배열해서 만든 물질이다. 자연물질이 제공하지 못하는 특이한 물리적 성질을 띠기 때문에 전자기파뿐만 아니라 소리, 지진파와 같은 다양한 파동 영역에서 에너지의 집속, 고해상도 이미징, 클로킹, 스텔스 등의 다양한 응용 연구가 진행되고 있다.
이러한 메타 물질의 여러가지 물리적 성질을 원하는 값으로 독립적이고 자유자재로 제어할 수 있는 기술은 지난 수십 년간 계속해서 숙제로 남아있었다.
연구팀은 파동 특성들 간의 상호 작용을 제어할 수 있는 원리를 찾고, 이를 조절함으로써 탄성값과 밀도, 그리고 쌍이방 특성을 완전히 분리해 자유롭게 제어할 수 있는 메타원자를 제작했다. 예를 들어 이 메타원자로 구성된 메타물질을 음향실의 기둥이나 벽에 부착할 경우, 소리가 기둥 및 벽을 투과하는 것처럼 전달되도록 하는 음향 투명망토를 만들 수 있다.
박남규 교수는 “이번 연구를 통해 소리의 진행방향과 초점을 조절하는 음향 박막렌즈, 약한 파도를 좁은 공간에 모아 증폭시켜 터빈을 돌리는 조력발전, 약한 전자파와 태양에너지 집속 등 다양한 분야에 응용 가능할 것”이라고 설명했다.
이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호 온라인에 게재됐다.
민태원 기자 twmin@kmib.co.kr
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