투명망토 기술로 알려진 메타표면은 빛을 자유롭게 조절하는 인공 물질이다. 렌즈의 두께를 기존 대비 1만분의 1로 줄일 수 있어 차세대 가상 · 증강현실 기기나 라이다(LiDAR)1) 등 광학 장치의 소형화를 이룰 광소자로 주목받고 있다. 복잡한 제조 공정과 높은 생산 비용의 한계를 극복하고, 메타표면이 상용화된다면 우리 나라는 나노 광학 분야의 기술 우위를 점할 수 있을 것이다.

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 기계공학과 · 화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 양영환 · 성준화 · 최민석 · 박준경 씨(이상 제1저자), 포항산업과학연구원(RIST) 전교선 박사 · 이경일 박사 · 윤동현 박사 공동 연구팀이 메타표면 기반의 미래 초소형 광학기술 플랫폼에 대한 연구 트렌드를 정리하고, 미래 연구 방향 및 상용화 방안을 제시하는 총평 논문을 ‘빛 : 과학과 응용(Light: Science and Applications)’ 학술지에 보고했다.

지금껏 메타표면 관련 연구는 주로 빛의 특성을 완전히 제어하는 데 초점을 맞췄다. 그 결과, 메타렌즈와 메타홀로그램, 빔 회절장치 등 메타표면을 중심으로 다양한 광학 기기들이 개발되었다. 그러나 최근 들어 메타표면을 다른 광학 부품과 통합하는 데 중점을 두고 있다.

연구팀은 이번 총평 논문을 통해 ‘통합형 메타표면’ 연구와 응용 분야를 제안한다. ‘통합형 메타표면’이란 LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)와 액정(Liquid Crystal), 광섬유 등 다양한 표준 광학 부품과 결합한 광소자다. 메타표면의 상용화를 위해 연구팀은 현재 널리 사용되고 있는 기기에 메타표면을 결합해 실생활에 응용될 수 있는 방향으로 연구가 진행되어야 한다고 제시했다.

또, 연구팀은 통합형 메타표면 연구가 미래 광학 기기 산업과 국가 경쟁력에 미치는 영향을 설명하며, 산업계와 학계 간 협력의 중요성을 언급했다. 그리고, 혁신적인 광학 플랫폼의 발전을 위해서는 무엇보다 국가 차원의 지원과 협력이 필요하다고 강조했다.

노준석 교수는 “통합형 메타표면은 기존 전자기술의 발전을 보완하고, 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 또 하나의 혁신”이라며, “지속적인 노력과 연구, 국가 차원의 지원에 힘입어 더 혁신적인 결과를 낼 수 있기를 기대한다”고 전했다.

한편, 이 연구는 POSCO 산학연 융합연구소사업, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 미래유망융합기술파이오니아 사업, 교육부 박사과정생장려금사업, 삼성 미래기술육성센터, 현대자동차정몽구장학재단의 지원으로 수행됐다.