서울대학교 박남규 교수, 조춘래 연구원 연구팀이 홍콩과기대학(HKUST) Jensen Li 교수, Xinhua Wen 연구원과 공동으로, 음향 파동 물성을 자유자재로 구현할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하였다고 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기 정통부’)는밝혔다.

이는 기존 메타물질의 한계를 뛰어 넘어여러 주파수에서 스텔스 기능을 구현하는 연구성과로, 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ (Nature Communications, IF=11.880) 온라인판에 1월 14일 게재되었다.

메타물질은 자연에 존재하는 원자를 모사한 인공구조물로서 기존의 물질이 제공하지 못하는 특이한 물리적 성질을 가능하게 하는데, 고해상도 이미징, 투명망토 스텔스, 무반사 태양전지 등 다양한 기능을구현할 수 있게 될것으로 기대 된다.

한편, 메타물질이제공하는 성질은 제작에 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 의해 결정되므로 모든 물성을 구현하는 데는 어려움이 있으며, 특히 주파수에 대한 응답을 제어하거나 설계하는데 큰 제약이 따른다.

연구진은 디지털 회로와 신호 처리 기술을 이용, 자연물질의 분극 현상*을 모사하여, 실제 구조체 없이 원하는 파동 물성과 주파수 분산** 특성을 자유자재로 구현하고 변경할 수 있는 ‘가상화 음향 메타물질’ 기술을 개발하는데 성공하였다.

특히, 공진* 강도나 공진 주파수, 대역폭과 같은 주파수 분산 특성의 완전한 제어를 실험적으로 검증하였는데, 이는 세계 최초로 주파수 분산 특성의 설계가 가능한메타물질을 개발 한 것이다.

아울러, 본 연구는 가상적인 메타물질을 통해 빛이나 소리의 반사, 산란같은파동 현상들을 광대역으로 제어 할 수 있게 함으로서, ‘레이더’나 ‘소나’로부터 탐지되지 않는 ‘스텔스 기술’ 이나, ‘방음 및 흡음 설계 기술’ 등과 같은 새로운 메타물질 연구의 전기로서 더욱 의미가 크다.

본 연구성과는 전자기·역학분야 메타물질 핵심원천기술확보와 실용화 연구를 추진중인 과기정통부 글로벌프런티어사업(파동에너지 극한제어 연구단)의 지원을 받아 수행되었다.