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| ▲ 윤관호 박사. | ||
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| ▲ MAXIM 프로그램 실행 화면. | ||
가격 비싸고 안정성 떨어지는
기존 상용전자기파 한계 극복
포스텍 연구팀이 빛을 자유자재로 조절해 모습을 감추거나 정보 암호화가 가능한 ‘메타물질’ 시뮬레이션 설계 프로그램을 개발해 무료로 배포했다.
포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 윤관호 박사(현 서울과학기술대학교 생산시스템 및 설계공학과 조교수) 연구팀이 메타물질 설계에 최적화된 시뮬레이션 프로그램을 개발 및 온라인을 통해 무료로 배포했다. 가격이 비싸고 계산 안정성이 낮은 기존의 상용 전자기파 시뮬레이션 소프트웨어의 한계를 극복하는 연구성과로, 수리물리 및 컴퓨터공학 분야 세계적인 학술지 컴퓨터 피직스 커뮤니케이션즈(Computer Physics Communications) 온라인판에 소프트웨어 패키지와 함께 소개됐다.
메타물질이란 자연에 존재하는 원자를 모사한 인공원자로 이루어진 새로운 물질로 기존의 물질이 제공하지 못하는 음굴절 및 초고굴절 등 다양한 광 특성을 자유자재로 제어할 수 있다. 이런 특성 때문에 메타물질을 이용해 초박막 평면렌즈, 고해상도 홀로그램, 투명망토와 같은 이전에 없던 새로운 광학 기기를 구현하기 위한 연구가 전 세계적인 관심을 받고 있다.
이제까지 메타물질 설계에는 주로 FDTD(Finite-Difference Time-Domain method)에 기반한 상용 전자기파 시뮬레이션 프로그램이 사용돼왔다. 이는 메타물질뿐만 아니라 여러 가지 전자기 관련 시뮬레이션에 광범위하게 사용할 수 있는 범용 프로그램이다. 그러나 FDTD 기반의 프로그램을 메타물질 설계에 사용할 경우 계산 시간이 오래 걸리고 계산 안정성이 낮아 결과의 신뢰도가 떨어지며 메타물질 설계를 위해서는 복잡한 후처리 계산이 요구된다는 한계가 있다.
이에 연구팀은 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)를 통해 메타물질 설계에 최적화된 오픈소스 전자기 시뮬레이션 프로그램 'MAXIM'을 개발했다. RCWA는 주기적으로 배열된 나노구조체의 광특성 계산에 특화된 계산 방법으로써 계산 속도가 빠르고 계산 안정성이 높기 때문에 기존 FDTD 프로그램(Lumerical)의 한계를 극복할 수 있다.
노준석 교수는 "MAXIM은 오픈소스 소프트웨어임에도 불구하고 상용 소프트웨어에 상응하는 수준의 GUI와 계산 정확성을 제공하기 때문에 프로그래밍에 대한 지식이 없는 일반인도 쉽게 사용이 가능하여 접근성이 매우 높다"고 소개했다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, 미래소재디스커버리사업, RLRC 지역선도연구센터 사업, 교육부BK21 Four(4단계 두뇌한국21) 사업의 지원을 받아서 수행됐다.
신동선 기자
ipda75@hanmail.net