고려대학교(총장 김동원)는 이승우 KU-KIST융합대학원·공과대학 융합에너지공학과 교수팀이 콜로이드 자가조립 기술을 활용해, 굴절률 10을 초과하는 새로운 형태의 메타 표면을 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

이번 연구 결과는 지난 7월 31일 국제 학술지 스몰(Small, Impact Factor: 13)에 논문명 '콜로이드 자기 조립에 의한 광학굴절률 10- 이상 달성(Achieving Optical Refractive Index of 10- Plus by Colloidal Self-Assembly)'으로 출판됐다.

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 더 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.