POSTECH(포항공과대학교) 연구팀이 차세대 광학 기술의 핵심인 메타렌즈를 외부 충격과 오염으로부터 보호하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이번 연구 성과는 메타렌즈의 상용화를 가로막던 내구성 문제를 해결하는 중요한 진전으로 평가받고 있다.

노준석 교수가 이끄는 POSTECH 연구팀은 머리카락보다 1만 배 얇은 메타렌즈에 투명한 보호막을 입히는 데 성공했다. 이 기술은 지난 10일 국제 학술지 '마이크로시스템 및 나노공학'에 게재됐다.

메타렌즈는 기존 렌즈와 달리 나노미터 수준의 미세 구조를 통해 빛을 제어하는 차세대 광학 기술이다. 전통적인 렌즈가 곡면을 이용해 빛을 굴절시키는 반면, 메타렌즈는 평면 구조로도 빛의 경로를 정밀하게 조절할 수 있다. 그러나 극도로 정교한 나노 구조가 작은 충격이나 먼지에도 쉽게 손상되는 취약점이 있었다.

연구팀은 '수소화 비정질 실리콘'으로 메타렌즈를 제작한 후, '스핀온글래스'라는 투명 물질로 코팅해 보호막을 형성했다. 이 보호막은 빛의 투과를 방해하지 않으면서도 외부 충격으로부터 메타렌즈를 효과적으로 보호한다.

"플라즈마 가공 기술을 통해 굴절률을 3.23까지 높여 가시광선 영역(635nm 파장)에서 97.2%의 높은 효율을 달성했습니다," 라고 연구팀은 설명했다. 이는 빛을 거의 완벽하게 제어할 수 있음을 의미한다.

내구성 테스트에서 이 기술의 우수성이 입증됐다. 모래 속에서 2시간 동안 초음파 세척이라는 극한 환경에 노출시켰을 때, 보호막이 없는 일반 메타렌즈는 심각하게 손상된 반면, 보호막을 입힌 메타렌즈는 성능 저하 없이 온전히 기능했다.

연구팀은 여기에 연꽃잎에서 영감을 얻은 자가세정 기능까지 추가했다. 물방울이 표면에서 쉽게 굴러떨어지면서 먼지 입자들을 함께 제거하는 방식이다.

노준석 교수는 "이 기술은 스마트폰 카메라, AR·VR 기기, 자율주행차 센서 등 다양한 광학 장치를 더 작고 스마트하게 만드는 기반이 될 것"이라며, "메타렌즈뿐 아니라 홀로그램 소자, 광센서, 컬러 픽셀 등 다양한 광학 부품에도 적용 가능하다"고 전했다.

이번 연구는 포스코홀딩스 N.EX.T Impact 사업과 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원으로 진행됐다.