투명망토를 가능하게 해 줄 나노 전자석

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-24

네델란드의 원자 및 분자 물리를 위한 FOM 연구소(FOM Institute for Atomic and Molecular Physics, AMOLF)의 과학자들은 처음으로 빛의 자기장으로 나노 전자석들 사이에서 에너지를 전이시키는 데 성공하였다. 이 기술은 광선을 모든 가능한 방향으로 휘게할 수 있는 자기 메타 물질(magnetic meta-material)을 찾는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다. 또한 이 기술은 완벽한 렌즈와 투명 망토를 제작하는 것을 가능하게 해 줄 수 있을 것이다. AMOLF 연구진은 그들의 연구 결과는 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 최신호에 "Electric and magnetic dipole coupling in near-infrared split-ring metamaterial arrays" 라는 제목으로 발표하였다. 일반적인 막대 모양의 자석은 우리에게 매우 익숙하다. 막대 자석은 북극과 남극이 있는 쌍극자이며, 반대 방향의 극성은 잡아 당기고 같은 방향의 극성은 서로 밀쳐낸다. 또한 나침반처럼 자석들은 외부에서 인가된 자기장의 방향으로 정렬된다. 이런 자석들의 특성을 이용하여 자기장으로 자석들을 조절할 수 있다. 또한 반대로 자석을 이용하여 자기장을 조절하기도 한다. 이런 개념은 천천히 변하는 자기장에 대해서는 잘 적용되지만 급격히 변하는 자기장의 경우에는 적용되지 않는다. 빛은 매우 급격히 요동치는 전기장 파동과 자기장 파동이 결합된 전자기파이다. 원칙적으로 전기장과 자기장을 조절함으로써 마음대로 방향을 바꿀 수 있다. 그러나 매우 높은 주파수 (500 THz-초당 5000억번의 진동)에서, 원자들은 외부 자기장에 잘 반응하지 않는다. 이런 이유로 보통 물질이 빛의 전기장은 조절할 수 있고 자기장은 잘 조절할 수 없는지에 대한 이유이다. 즉, 보통 광학 디바이스(렌즈, 거울, 유리섬유)에서 자기장을 잘 조절할 수 없다는 문제점이 있다. 그러나 이런 자기장 조절은 인위적인 메타 물질로 실제 가능할 것이다. 연구진에 의해서 연구되고 있는 인위적인 메타 물질은 매우 작은 U 형태의 금속 나노고리로 이루어져 있다. 빛의 전자기장은 전하를 전후를 움직여 각각의 U 형태의 고리에 교류 전류를 유도한다. 고리의 맨 윗쪽에 위치한 작은 갭은 빛의 주파수 근처에서 전류가 커지도록 한다. 이런 방법으로 각 고리는 작지만 북극과 남극이 초당 5천억번 교대로 바뀌는 강한 전자석이 된다. 연구진은 이런 전자석들로 이루어진 두꺼운 격자를 통하여 얼마나 많은 빛이 통과하는지를 측정함으로써 중요한 연구 결과를 얻었다. 고리의 작은 전류가 빛에 의하여 작동하게 되면 나노 자석들 역시 서로 영향을 주어 에너지를 얻는다. 연구진은 또한 처음으로 빛의 자기장과의 상호작용이 이런 물질안에서 매우 강하다는 것을 보였다. 이것은 가장 좋은 광학 물질에서 전기장과의 상호작용만큼 강하다. 이런 나노 자석과 빛과의 상호작용에 대한 향상된 이해는 빛을 임의의 경로로 분산시키는 데 필요한 방법을 개발할 수 있게 해 줄 것으로 보인다. 출처 : http://www.physorg.com/news180724252.html