이승우 교수팀, 세계 최고 굴절률 달성
 자연계에서 얻어낼 수 있는 굴절률의 한계 넘어, Nano Letters지 논문 발표 

▲ 허지혁 석박통합과정 (제1저자), 이재원 석박통합과정 (공동저자), 이승우 교수 (교신저자)

고려대 KU-KIST융합대학원 이승우 교수팀이 광대역(Optical Frequency)에서 세계 최고 굴절률을 자기조립(Self-assembly) 기술을 통해 달성했다. 

이번 연구 결과는 4월 2일 세계적 학술지인 Nano Letters지에 출판됐다.

-저자정보 : 허지혁 (1저자, 고려대학교), 이재원 (공동저자, 고려대학교), 이승우 (교신저자, 고려대학교) (총 3명)

-논문명 : Soft Plasmonic Assemblies Exhibiting Unnaturally High Refractive Index

-논문게재 : Nano Letters (2020년 4월 2일 online published, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00422

굴절률은 다양한 광학 성질을 결정하는 가장 기본적인 물성이다. 통상 자연계에서는 원자의 전하밀도 및 전도도에 따라 유도될 수 있는 전기 쌍극자 모멘트 한계가 규정되는데, 이 전기 쌍극자 모멘트가 얻어낼 수 있는 굴절률 한계를 규정한다. 연구팀은 자연계 원자를 뛰어넘는 메타원자를 디자인하고 이를 자기조립으로 결정화시켜서 비자연적 초고굴절률을 근적외선/중적외선을 포함한 광대역에서 달성했다.

특히, 연구팀은 금나노큐브 입자를 메타원자로 사용하고 이를 유체 계면에서 자기조립으로 결정화 시켜서 메타물질을 완성했다. 그리고 이렇게 자기조립된 메타물질 내 메타원자에서 파생되는 전기 쌍극자 모멘트가 축전지 효과에 의해 비자연적으로 증폭되는 것을 발견했다. 이를 통해 통상 자연계에서 얻어낼 수 있는 굴절률의 한계인 ~4.0을 뛰어넘는 ~6.4를 달성할 수 있었다. 이는 지금까지 보고된 광대역 굴절률 중에서 세계 최고 기록이다.

▲ 비자연적 고굴절률을 갖는 메타물질. 

    자연계의 원자들을 모사한 금나노큐브 메타원자들을 자기조립을 통해 결정화시키면 비자연적으로 전기 쌍극자 모멘트를 증폭시킬 수 있고, 이로부터 자연계에서 얻어낼 수 있는 굴절률을 뛰어넘을 수 있다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)