머글들이 개발했다, 해리포터 '투명망토'

스텔스 기능 구현할 ‘가상화 메타물질’ 개발

마이크로프로세서와 마이크로폰, 스피커가 연결돼 있는 '가상화 메타물질' 모식도로, 마이크로프로세서가 신호를 감지해 산란파를 발생시킨다/자료=과기정통부

국내연구진이 해외연구진과 공동으로 레이더 등에 탐지되지 않는 ‘광대역 스텔스’를 구현할 ‘가상화 메타물질’을 개발했다. 과학기술정보통신부는 서울대 박남규 교수, 조춘래 연구원과 홍콩과학기술대학(HKUST) 젠슨 리(Jensen Li) 교수, 쉰 웬(Xinhua Wen) 연구원으로 이뤄진 공동연구팀이 음향 파동 물성을 자유자재로 구현할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

메타물질은 자연적 물질들이 할 수 없는 방식으로 빛과 음파를 상호 작용토록 인위적으로 설계한 구조물이다. 이를 통해 투명망토나 스텔스, 무반사 태양전지 등의 다양한 기능을 구현할 수 있다. 다만, 메타물질의 성질은 제작에 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 의해 결정되므로 모든 물성을 구현하기는 어렵다. 특히 주파수에 대한 응답을 제어하거나 설계하는데 큰 제약이 따른다.

연구진은 이 같은 한계를 극복한 ‘가상화 메타물질’을 개발했다. 기존 메타물질의 물리적 구조를 디지털로 구현, 여러 물성을 구현할 수 있도록 한 것이다. 가상화 메타물질은 디지털 회로와 신호 처리 기술을 이용, 자연물질의 분극 현상을 모사한다. 이에 실제 구조체 없이 원하는 파동 물성을 나타내거나 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하고 변경할 수 있다. 분극 현상은 어떤 매질이 전자기장의 영향에 있을 때 매질을 구성하는 분자 내부의 전하가 재배치돼 해당 분자가 전자기적인 극성을 띄는 현상, 주파수 분산은 주파수에 따른 매질의 파동물성의 변화를 말한다.

연구진은 실험을 통해 공진 강도나 공진 주파수, 대역폭과 같은 주파수 분산 특성을 제어하는 데 성공했다. 세계 최초로 주파수 분산 특성 설계가 가능한 메타물질을 만든 것이다. 연구진은 "세계 최초로 광대역 주파수를 제어할 수 있는 메타물질을 개발했다는 점이 큰 의미"라며 "이를 통해 빛이나 소리의 반사, 산란같은 파동 현상들을 광대역으로 제어 할 수 있게 됐다"고 말했다. 이어 "레이더나 소나(음파탐지기)로부터 탐지되지 않는 스텔스 기술 개발 등에 응용하거나 방음 및 흡음 설계 등과 같은 새로운 메타물질을 구현할 수 있다"고 덧붙였다.

이번 연구성과는 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 게재됐다.

류준영 기자 joon@