메타물질 렌즈가 광학 기기에서 파괴적인 변화를 일으킬 수 있습니다

최근 하버드 대학교의 연구팀은 약 600 나노미터 높이의 이산화티타늄(TiO₂) "나노브릭"을 쌓아 평평하고 종이처럼 얇은 집광 렌즈를 제작했습니다. 이 새로운 유형의 렌즈는 광학 기기에 혁신적인 변화를 가져올 수 있습니다.

렌즈는 많은 광학 기기와 전자 제품에서 필수적인 구성 요소입니다. 전통적인 렌즈는 일반적으로 유리로 만들어지지만, 고유한 부피와 무게로 인해 유리 렌즈는 종종 기기를 부피가 크고 무겁게 만듭니다. 여러 개의 렌즈가 필요할 때 이 문제는 더욱 두드러집니다.

메타물질은 광자 결정 분야에서 오랫동안 주요 연구 초점이 되어 왔습니다. 메타물질의 본질은 나노구조에 있으며, 이들의 크기는 빛의 파장보다 작습니다. 이러한 구조는 다양한 형태, 크기 및 배열을 통해 광자와 "재미있게 상호작용"할 수 있습니다: 필요에 따라 광자를 차단, 흡수, 증강 또는 굴절시킬 수 있습니다.

현재까지 메타물질은 광학 렌즈 분야에 널리 적용되지 않았습니다. 그 핵심 이유는 (또한 메타물질 렌즈와 유리 렌즈 간의 주요 차이점이기도 합니다) 메타물질이 빛에 대해 매우 "파장 선택적"이라는 것입니다. 다시 말해, 빨간색 빛에 효과적인 렌즈는 녹색 빛을 집중할 수 없으며, 그 반대도 마찬가지입니다. 또한, 가시광 스펙트럼(인간의 눈으로 인식 가능한) 적합한 재료를 개발하는 것은 상당히 도전적인 것으로 입증되었습니다. 초기 메타물질은 주로 실리콘 기반의 표면 플라스몬 재료였습니다.

최근 *Science* 저널에 발표된 한 학술 논문은 메타물질의 실제 응용이 이제 손에 닿을 수 있음을 보여주었습니다. 하버드 대학교의 연구팀은 약 600 나노미터 높이의 이산화티타늄(TiO₂) "나노브릭"을 쌓아 평평하고 종이처럼 얇은 집광 렌즈를 제작했습니다. 이산화티타늄은 주로 이 물질이 가시광선을 거의 흡수하지 않기 때문에 선택되었습니다. 이 메타물질 렌즈는 최대 170배의 효과적인 배율을 자랑하며, 확대된 이미지의 해상도는 기존 유리 렌즈와 유사합니다. 이 새로운 유형의 렌즈는 실제로 광학 기기에 혁신적인 변화를 가져올 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, 메타물질 렌즈는 현재 레이저(단일 파장을 가진 전자기파의 일종)를 사용하는 기기에서만 적용될 수 있습니다. 복합 파장을 처리하는 문제를 언젠가 극복하게 된다면, 모든 광학 기기는 혁신적인 변화를 겪게 될 것입니다. 이 돌파구가 달성되면, 광학 렌즈의 크기는 크게 줄어들고, 비용은 급격히 감소하며, 기존의 대부분 광학 장치에 대한 우리의 이해도 혁신적인 변화를 겪게 될 것입니다.