이번 연구에는 기계공학과 박유진 통합과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 재료 분야 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 10월 1일자로 게재됐다.

기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원의 노준석 교수 연구팀은 이러한 한계를 메타표면 기술로 해결했다.

메타표면은 나노미터(nm) 크기의 기둥 수십만 개를 정밀하게 배열한 구조로, 각 기둥은 빛의 방향과 편광을 자유롭게 조절할 수 있다.

연구진은 이 기둥들을 서로 다른 방향으로 회전시켜 배치함으로써, 같은 색의 빛이라도 편광 방향에 따라 초점이 맺히는 위치가 달라지도록 설계했다.

이를 통해 빛의 색과 편광을 동시에 판별할 수 있도록 구현했다.

이번 연구에는 질화규소(Si₃N₄) 소재가 사용됐다.

질화규소는 자외선 영역에서도 안정적으로 작동하며, 반도체와 스마트폰 제조에 널리 쓰이는 CMOS 공정과 호환이 가능해 상용화 가능성이 높다. 연구팀은 320nm, 370nm, 405nm, 450nm의 네 가지 파장에서 실험을 진행해 편광 방향에 따라 초점 위치가 달라지는 현상을 실증했다. 이를 통해 단일 장치로 색과 편광을 동시에 정밀하게 측정할 수 있음을 확인했다.

이번 연구는 하나의 장치로 두 가지 정보를 동시에 측정할 수 있는 세계 최초의 사례로 평가된다.

노준석 교수는 “이번 기술은 빛에 담긴 다양한 정보를 동시에 분석할 수 있는 기반을 마련한 것”이라며 “향후 휴대형 진단기기, 환경 센서, 생체검사 시스템 등으로의 응용이 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 POSCO홀딩스 N.EX.T Impact 사업, 과학기술정보통신부와 한국연구재단 글로벌융합연구지원사업, 대통령과학장학금, 교육부 석사장려금의 지원을 받아 수행됐다.