IBS, 그래핀으로 명함 두께 렌즈 구현... '초소형 광학기기 구현 기반'

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국내 연구진이 금속 메타 표면과 그래핀을 이용, 카메라 렌즈의 두께를 대폭 줄일 수 있는 기반 기술을 개발했다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 김튼튼 나노구조물리 연구단 연구위원이 민범기 KAIST 기계공학과 교수팀, 장솽 영국 버밍엄대 교수팀과 함께 메타 표면과 그래핀을 접합한 메타렌즈를 제작했다고 27일 밝혔다.

기초과학연구원은 영상 기기의 부피를 최소화 할 수있는 그래핀 메타렌즈를 개발했다. 명함 두께로 렌즈를 구현할 수 있는 것이 특징이다.
<기초과학연구원은 영상 기기의 부피를 최소화 할 수있는 그래핀 메타렌즈를 개발했다. 명함 두께로 렌즈를 구현할 수 있는 것이 특징이다.>

연구팀은 메타 표면과 그래핀으로 두께를 최소화했다. 금으로 만든 메타 표면에 그래핀을 덧씌운 구조다. 이들로 빛을 정밀 제어, 얇은 두께로도 수차를 없앴다. 메타 표면은 투과·반사되는 빛을 표면에서 개별 조절하는 역할을 한다. 표면에는 U자형의 홈이 촘촘하게 배열돼 있다. 이들 홈은 빛을 원하는 방향으로 굴절시키거나 한 곳으로 모으는 '광학안테나' 역할을 한다. 그래핀은 조리개 역할을 한다. 빛의 세기는 전압을 받아 조절한다.

현재 만들어진 메타렌즈는 메타 표면, 그래핀, 전기 신호를 주는 절연층(아이온겔)을 합쳐 총 25마이크로미터(㎛) 두께다. 추가 연구로 광학 안테나 크기를 줄이면 일반 카메라에 적용할 수 있다.

IBS가 개발한 메타렌즈의 모식도
<IBS가 개발한 메타렌즈의 모식도>

메타렌즈는 일반 카메라뿐만 아니라 '테라헤르츠(㎔)파'를 이용하는 광학기기 분야에도 활용할 수 있다. 이 분야에는 추가 연구 없이 곧바로 활용할 수 있다. ㎔파는 파장이 길어 물체의 내부를 높은 해상도로 정확히 식별한다. 의료 장비, 보안, 검색 장비 등에 쓰인다. 이 분야 역시 렌즈 두께가 ㎝ 단위로 두껍다.

김 연구위원은 “이번에 개발한 메타렌즈 기술은 얇은 두께로 카메라에 적용할 수 있고, 테라헤르츠파 렌즈 분야에는 바로 활용할 수 있다”면서 “간단한 전압 조절로 집속된 빛의 세기를 제어할 수 있어 초소형 광학기기 응용이 기대된다“고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com