어릴 적 인기영화 해리포터에서 주인공 해리포터가 입었던 투명망토. 그 외에도 많은 판타지 소설, 게임, 영화 등에서 보는 이들의 마음을 설레게 했던 투명망토를 이제는 현실에서도 구현할 수 있다고 합니다. 바로 신소재 메타물질로 말이죠.
그럼 메타물질의 어떤 성질을 이용하여 투명망토를 만들 수 있는 걸까요?
정답은 음의 굴절률입니다. 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 물체로부터 반사되어 나오는 빛을 인식하는 것인데, 투명망토를 만들려면 빛이 반사되지 않거나 다른 쪽으로 휘어져 눈이 인식하지 못하도록 하면 됩니다. 자연계에 존재하는 대부분의 물질은 양의 굴절률을 가지고 있어 물체에 닿는 빛을 입사각 기준 오른쪽으로 굴절시킵니다. 반면 음의 굴절률을 가진 메타물질은 빛의 방향을 반대로 굴절시켜 빛이 물체의 표면을 지나가게 하기 때문에 빛이 반사되지 않아 물체를 볼 수가 없게 되는 것입니다.
‘메타물질’이란 초월을 뜻하는 ‘메타’와 ‘물질’을 결합한 단어로 자연에서 찾아볼 수 없는 특성을 갖도록 인위적으로 플라스틱과 금속 같은 일반 물질을 배열하고 접합해서 만들어집니다. 또한 원자보다 크고 입사하는 빛의 파장보다 매우 작은 인공구조를 주기적으로 배치하여 빛-물질 상호작용을 인공적으로 제어할 수 있는 신소재입니다. 모양, 구조, 크기, 방향, 배열에 따라서 메타물질의 특성이 정해지기 때문에 사용 목적에 따라 반사, 투과, 흡수 등의 파동을 조절할 수 있습니다.
위에서 말한 특성을 바탕으로 차세대 메타물질에 대한 국내외 응용 기술들이 속속 개발되고 있습니다. 특히 메타물질의 이러한 특성 때문에 국방 분야에서 많이 연구되고 있는데, 예를 들어 메타물질로 덮인 스텔스기는 레이저 전파를 굴절시켜 적의 레이더에 포함되지 않습니다. 하지만 스텔스기의 엔진에서 나오는 열기는 레이더에 감지되어 개발에 어려움이 있어 현재도 지속적인 연구가 이어지고 있습니다.
이처럼 메타물질은 군사용 개발이 대표적이지만 이 외에도 실생활에서 유용한 기술이 다양하게 개발되고 있습니다. 두꺼운 망원렌즈의 두께를 얇게 만들어 핸드폰 렌즈 기술로 활용하거나 이미지 왜곡 없이 늘어나는 메타 마이크로 LED 디스플레이 개발, 항공우주산업, 센서 감지, 사회기반시설의 모니터링 등 다양한 분야에서 연구되고 있습니다. 또한 이웃 간의 큰 골칫거리인 층간소음을 줄이는 데에도 활용할 수 있다고 합니다. 다만 아직 대량생산 할 수 있는 기술이 없다는 점과 생산 비용이 비싸다는 점 등의 문제점이 있어 상용화 되기에는 아직 더 많은 연구가 필요한 시점입니다.
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