| 메타 물질을 이용한 자기장 망토 |
| KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-04-03 |
| 메타 물질은 자연에서는 존재하지 않는 특성을 가진 인위적인 구조를 가진 물체이다. 메타 물질은 나노 스케일 구조를 가지며실험실에서만 만들어 질 수 있으며, 이 물질을 이용하면 여러가지 흥미로운 응용 디바이스 개발이 가능하다. 예를 들면, 어떤 메타물질들은 음의 굴절률을 가지는데, 이런 특성은 입사되는 빛을 메타 물질안으로 굴절시킬 수 있어서 빛을 광원쪽으로 반사시키지않는다. 이런 특성으로 메타 물질은 빛을 반사시키지 않으므로 투명 망토와 같은 역할을 할 수 있는 것이다 [GTB2007090384]. 미국 듀크 대학교의 연구진은 메타 물질을 이용하여 레이더 시스템에서 이용하고 있는 마이크로파가 물체에 산란되거나 흡수되는것을 막아 마이크로파 복사 영역에서 물체가 거의 검출되지 않는 일종의 투명 망토를 개발하였다. 이 망토는 물이 매끄러운 돌주변을 흘러가는 것처럼 물체 주변에서 마이크로파가 휘어져 지나가도록 만들어 준다 [GTB2006100744].메타 물질은 빛이나 마이크로파와 같은 전자기파로부터 물체를 은폐시키는 것 뿐만 아니라, 소리로부터도 물체를 완전히 은폐시킬 수있는 특수한 물질 제작도 가능하다는 것을 보였다. 즉, 소리는 파동처럼 진행하기 때문에 물리학자들은 투명 망토와 같은 음향망토도 제작하는 것이 가능하다는 것을 보인 것이다 [GTB2008010512]. 이제 런던 Imperial College의 Fridrik Magnus와 동료 연구진은 파장이 무한히 긴 장파장 극한에서작동하는 공명하지 않는 메타 물질을 처음으로 제작하였다. 이 메타 물질은 높은 주파수를 가진 마이크로파나 가시광선에서 작동하는메타 물질과는 다른 기능을 하는 물질로써 외부 자기장을 차단하는 자기 망토 같은 역할을 할 수 있을 것으로 연구진은 예측하고있다. 외부 자기장으로부터 내부를 보호할 수 있는 기술은 이미 존재한다. 예를 들면 강한 자기 투자율을 가진 물질로 물체를감싸면 내부에 있는 물체에는 외부에서 자기장이 침범하지 못한다. 그러나 메타 물질로 만든 자기 망토는 한 걸음 더 나아가 내부에자기장이 들어오는 것을 막을 뿐만 아니라 망토 밖의 외부 자기장을 교란시키지도 않는다는 특징이 있다. 파장이 무한히 긴 장파장 극한 영역에서는 자기장과 전기장이 분리된다. 이런 분리로 말미암아 연구진은 망토와 같은디바이스를 디자인할 때 전기장에 관해 걱정할 필요 없이 자기장 특성에만 집중할 수 있다는 장점이 있다. 파장이 무한히 긴 메타물질이라고 일컬을 때는 이 물질은 매우 낮은 주파수에서만 원하는 작동을 한다는 것을 의미한다. 이 물질이 높은 주파수와상호작용을 할 수 있겠지만 그 때는 유용한 결과가 나오지 않는다. 새로운 메타 물질은 격자를 쌓아 만들었는데, 이 격자들은 얇은 납판으로 형성된 구조물이다. 메타 물질 조건 중의 하나는격자 간격이 입사된 빛의 파장보다 작아야 한다는 것이다. 파장이 무한히 긴 빛은 발산하여 이 조건을 쉽게 만족시킨다. 디자인에사용된 각각의 납판은 300 나노미터 두께에, 너비가 167 마이크로미터이며 격자 간격은 100 마이크로 미터이다. 연구진은 이메타물질에 자기장을 걸어주었다. 메타 물질은 약한 자기 반발력을 보이는 반자성 반응을 보인다. 반발력의 크기는 납판의 크기와격자 간격의 비에 달렸다. 이 비에 따라 메타 물질의 자기적 특성이 조절될 수 있다. 즉 이 비율을 잘 조절하면 외부 자기장을차폐할 수 있는 자기장 망토를 개발할 수 있는 것이다. 연구진은 비 공명 메타 물질은 공명 구조와 음의 굴절률을 가진 물질보다더 좋은 특성을 가질 수 있다고 설명하였다. 음의 굴절률은 광학적으로 투명을 성취할 수 있지만, 높은 손실률과 주파수 분산이라는문제점이 있다. 이들의 연구결과는 "D.C. magnetic metamateria" 이라는 제목으로 NatureMaterials, 2008년 4월호 제 7권 295 페이지에 발표되었다. |
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from : http://www.yeskisti.net/yesKISTI/Briefing/Trends/View.jsp?cn=GTB2008040062
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