고려대, 굴절률 10 이상의 메타 표면 개발 성공
콜로이드 자가조립 기술 활용, 광학 굴절률 10 이상 최초 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 김동원) 이승우 교수팀(KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과)이 콜로이드 자가조립 기술을 활용해, 굴절률 10을 초과하는 새로운 형태의 메타 표면을 개발하는 데 성공하였다.

이번 연구 결과는 지난 7월 31일 세계적 학술지 Small (Impact Factor: 13)에 출판되었다.
- 논문명 : Achieving Optical Refractive Index of 10‐Plus by Colloidal Self‐Assembly
- 논문게재지 : Small  (2024년 07 월 31 일 online published)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202404223

굴절률은 빛이 물질과 상호작용하는 방식을 설명하는 중요한 물리적 개념 중 하나이다. 굴절률이 높을수록 안경 렌즈를 더 얇게 만들 수 있고, 정밀한 반도체 제조 공정에서도 높은 굴절률이 필요하다. 그러나 자연계에서 얻을 수 있는 굴절률의 한계는 4 정도밖에 안 된다.

이에 이승우 교수 연구팀은 메타 표면이라는 새로운 기술을 개발해 새로운 방법을 제시했다. 이 기술은 특수한 고분자를 이용해 나노입자들 사이의 간격을 매우 정밀하게 조절해 굴절률을 높인다. 이를 통해 기존 소재로는 도달할 수 없었던 높은 수준의 굴절률을 구현할 수 있다.

기존의 자가조립 기술은 나노입자들 간의 간격을 정확하게 조절하기 어렵다는 단점이 있다. 이승우 교수 연구팀은 고분자 코팅을 활용해 나노입자들 간의 간격을 정밀하게 조절했으며, 안정적으로 높은 굴절률을 확보했다.

연구팀은 다양한 형태의 금 나노입자(구형, 다면체, 나노큐브)를 사용했으며, 특히 다면체와 나노 큐브 형태의 나노입자의 경우, 구형보다  높은 굴절률을 나타내 더 높은 성능을 보였다.

연구를 진행한 이승우 교수는 “이번 연구 결과로, 고해상도 렌즈, 고감도 광학 센서, 메타물질 기반의 혁신적 광학 기기 등 다양한 첨단 기술에 중요한 기여할 것으로 기대된다” 고 말했다.


[그림 1] 

[그림 1 설명] 금 나노입자 조립을 이용한 굴절률 10 이상의 메타 표면 구현 이미지.
본 연구는 기존의 구형 나노입자로는 달성할 수 없었던 높은 굴절률을 다면체 형태의 금 나노입자를 통해 구현하였다. 특히, 금 나노 입자에 고분자를 결합하여 자기조립 방식을 통해 입자 간의 간격을 정밀하게 조절하고 이를 통해 굴절률 10 이상의 메타표면을 대면적으로 개발하는데 성공했다.