UNIST "6G 통신용 특성 지닌 새 메타표면 개발"

"테라헤르츠 영역에서 투명성 유지하며 전기 전도도 조절"

연구진 모습 왼쪽부터 UNIST 물리학과 이덕형 교수, 제1저자 양효심 서울대 박사과정 연구원, 김성환 교수. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 6G 통신용 소자로 활용하기 적절한 특성을 갖춘 새로운 '메타표면'(Metasurface)을 개발했다고 6일 밝혔다.

UNIST 물리학과 나노광학연구실은 이산화바나듐을 슬릿 배열로 패턴을 만들어, 테라헤르츠(㎔)의 넓은 영역에서 투명성을 유지하며 전기 전도도를 조절할 수 있는 메타표면을 개발했다.

메타표면은 자연에 없는 특성을 갖도록 제작한 이차원 물질이다.

이산화바나듐은 상온 근처에서 온도에 따라 상태가 변하는 재료로, 전기가 잘 통하는 금속이 되기도 하고 전기가 안 통하는 절연체로 변하기도 한다.

이 때문에 세계적으로 많은 연구진이 이산화바나듐에 패턴을 만들어 소자로 쓰기 위한 패터닝 기술을 발전시키려 하고 있다.

그러나 기존의 패터닝 방법은 손상을 유발할 수 있는 '반응성이온식각'이나 재현성이 떨어지는 '드롭 캐스팅'에 의존해 한계가 있었다.

이번 연구에서는 반도체 공정에서 빛으로 재료에 패턴을 만드는 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 활용하는 방법이 고안됐다.

포토리소그래피로 바나듐 금속 패턴을 만든 뒤, 공기 중 산소와 반응시키는 열 산화로 이산화바나듐을 성장시키는 방식이다.

이 방법을 쓰면 식각 손상에서 자유로운 대면적 이산화바나듐 패터닝이 가능하다.

연구진은 테라헤르츠파의 파장보다 작은 주기의 슬릿 배열 구조 이산화바나듐 메타표면을 제작해 전기적 성질을 조절할 수 있는 테라헤르츠파 영역 투명전극을 구현했다.

실온에서 100도까지 온도를 다르게 하며 광학적·전기적 특성을 측정한 결과 이산화바나듐 부분은 수 천배까지 전도도가 달라졌다.

반면 메타표면을 통한 테라헤르츠파의 광대역 투과율은 상전이가 일어나도 일정하게 높은 값을 유지했다.

메타표면 제작 과정 [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구 책임자인 물리학과 이덕형 교수는 "이산화바나듐이 절연체 상태일 때는 사파이어 기판과 유사한 굴절률로 투과율이 높다"며 "이 물질이 금속으로 상태가 변하면 이산화바나듐에서 감소한 투과율을 슬릿에 모인 빛이 보상해주므로 높은 투과율을 유지할 수 있다"고 말했다.

연구진은 또 메타표면을 투과한 근적외선(NIR)도 상태 변화에 따라 선택적으로 변조할 수 있다는 사실을 확인했다.

한국연구재단의 지원으로 이뤄진 이번 연구는 광학 분야 국제 학술지인 '레이저&포토닉스 리뷰'(Laser&Photonics Reviews)에 온라인판으로 8월 7일 게재됐다.

yongtae@yna.co.kr

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