울산과학기술원(UNIST)이 한국기계연구원과 함께 적외선 분광 기술의 민감도를 높인 메타물질(자연계에 존재하지 않는 새로운 광학 특성을 가진 물질)을 개발했다고 31일 밝혔다.
적외선 분광 기술은 적외선을 이용해 빛을 쫴 반사되거나 투과한 빛의 스펙트럼을 분석해 물질 성분을 분석하는 기술이다.
검사 대상 물질의 분자가 적외선의 특정 주파수를 흡수하는 특성을 이용해 반사된 빛의 패턴으로 성분을 확인하는데, 검출하려는 물질이 극미량만 포함돼 있으면 검출 신호인 빛의 세기에 차이가 거의 없어 분석이 쉽지 않다.
이번에 개발한 메타물질을 활용하면, 메타물질 표면의 미세한 구조가 빛 에너지를 모았다가 한꺼번에 쫴줄 수 있어, 적은 양으로도 의미 있는 결과를 얻을 수 있다. 기존 적외선 분광 기술보다 검출 신호를 100배 이상 높일 수 있다고 연구팀은 설명했다.
메타물질은 금속과 절연체, 금속을 순서대로 쌓아 올려 십(十)자 모양으로 만들었다. 가운데 절연체 부분은 두께를 10㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 수준으로 얇게 만들고 분자가 근접장(국소 부위에 머무르는 빛)에 최대한 노출되도록 해 분자의 빛 흡수가 늘어나도록 설계했다.
기존에는 메타물질 표면에 미세 구조를 만들기 위해 값비싼 고해상도 빔 리소그래피 공정이 필요했지만, 이번에 개발한 메타물질은 나노 임프린트 공정과 건식 식각 공정만으로 쉽게 제조할 수 있어 대량 생산이 가능하고 경제성도 높다.
적외선으로 생체 분자, 유해 물질, 가스 등을 검출하는 센서 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '스몰 메소드'(small methods)에 지난 13일 자로 실렸다. 김지혁기자 uskjh@