빛으로 만든 열쇠, 중요 정보 안전하게 잠근다

포스텍

노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수(왼쪽)와 성준화 기계공학과 통합과정생. 포스텍 제공.

빛의 스핀과 파장을 열쇠처럼 사용하는 정보 해독 장치가 개발됐다. 위조 방지와 같은 높은 보안이 필요한 분야에 응용될 것으로 기대된다. 

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수, 성준화 기계공학과 통합과정생 연구팀이 가시광선 및 자외선을 아우르는 영역에서 빛의 회전 방향과 색깔로 다양한 정보를 효과적으로 전송하는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 

금융 거래나 데이터 전송 시 안전한 보안 기술과 위조 방지 능력을 확보하는 것이 점점 중요해지고 있다. 정보 보호를 위해 빛을 나노 스케일로 제어하는 메타표면 기술이 주목받고 있지만 가시광선부터 자외선까지 일관되게 작동하기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 실리콘 질화규소(SiNx) 이중체를 기반으로 한 새로운 나노구조물 플랫폼을 개발했다. 이 메타 플랫폼은 자외선과 가시광선 영역에서 고에너지의 빛을 받아도 쉽게 전도되지 않고 안정적이었다. 최대 40도의 비스듬한 입사각에서도 효율적으로 작동하며 다양한 응용 환경에서의 적용 가능성을 입증했다.

연구팀은 개발한 플랫폼의 카이랄(chiral) 특성을 이용해 빛의 회전 방향(스핀)과 색상(파장)으로 정보를 효율적으로 전송하는 데 성공했다. 카이랄은 물체나 구조가 자신의 거울상과 겹치지 않는 성질로, 빛의 편광을 조작하거나 특정 방향으로만 빛을 통과시킬 때 활용된다. 

연구팀이 개발한 플랫폼은 특히 빛의 스핀에 따라 빛을 다르게 흡수하는 원형 이색성이 자외선에서 0.95, 가시광선에서는 0.76을 기록하며 뛰어난 광학 성능을 보였다. 

연구팀은 개발한 기술을 활용해 빛의 스핀과 파장이 열쇠가 되는 정보 해독 장치도 개발했다. 자외선에서 좌편광, 가시광선에서 우편광으로 각각 입력된 홀로그램을 구현할 수 있어 하나의 장치에서 두 가지의 스펙트럼 정보를 암호화할 수 있다. 위조 방지와 같은 높은 보안이 필요한 분야에서 큰 잠재력이 있는 기술이다. 

노 교수는 "이번 연구는 넓은 파장 범위에서 다기능 메타표면을 구현하는 오랜 과제에 실질적인 해답을 제시했다“며 ”이 기술은 보안뿐 아니라 3D 디스플레이, 증강 현실, 고해상도 이미징 시스템 등 다양한 분야에서 첨단 광학 기술의 미래를 이끌어갈 발판이 될 것"이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’에 최근 게재됐다.

<참고 자료> 
doi.org/10.1002/adfm.202402744

[문세영 기자 moon09@donga.com]