투명 망토와 메타물질

i자 형태의 메타물질 개념도

최근 미국 케이블 뉴스 채널 MSNBC에 따르면 미국 버클리대학교 연구팀은 신물질인 메타물질을 이용해 투명망토 개발에 성공했다. 버클리대 연구팀이 개발한 투명망토는 일주일간의 제작기간을 거쳐 넓이 0.000024인치 높이 0.000012인치의 아주 작은 물체를 숨기는 데 성공한 것으로 알려졌다.

최근 메타 물질에 대한 관심이 높아지고 있다. 메타 물질은 투명망토에 쓰이는 재료이다. 메타물질에 대해 알아보자.

빛은 물체를 볼 수 있게 해주는 중요한 역할을 한다.물체에 반사된 빛이 우리의 눈에 들어와서 직진해 우리는 물체를 볼 수 있는 것이다. 빛은 굴절,직진,반사의 성질을 가지고 있다.이 중 굴절은 투명망토에게 있어서 중요한 요소이다.굴절은 빛이 어떤 매질을 비스듬히 통과할때,빛이 휘는 것이다.그런데 이 굴절을 마음대로 조절할 수 있게 된다면 우리의 바로 앞의 물건을 볼수 없게 될 수 있다. 이것을 가능하게 하는 것이 메타 물질이다.

메타 물질(투명망토)은 인공물질을 주기적으로 배치해 만드는데,이것은 '음의 굴절률'이라는 현상 때문이다.세상의 모든 물질은 굴절되는 방향이 같다. 그러나 그 반대 방향으로 휘게 한다면 어떻게 될까?

예를 들어 유리컵 속에 지우개가 들어 있는데 그곳에 음의 굴절률을 가진 물질을 넣으면 지우개가 유리컵 밖에 있듯이 보인다는 것이다.

음의 굴절률을 가진 물질을 여러 겹으로 쌓아서 그 안에 물체을 넣으면 빛의 경로를 조절,물체를 빛이 비켜가게 할 수 있다. 그러면 메타 물질(투명망토) 뒤의 배경이 표면이 나타나서 메타 물질(투명망토) 과 물체가 없는 것처럼 보이는 것이다!

이건 빛을 반사시켜 물체를 안보이게 하는 것과는 다르다.빛을 반사시키면 주변빛의 경로가 이상해져 물체가 있다는 것을 쉽게 알 수있지만,메타물질을 그냥 지나가는 것이라서 알 수 없다. 그러나 그 안에서 밖을 볼수는 없다.

메타물질(투명망토) 사이 공간의 구조는 메타물질(투명망토) 을 통과하는 빛의 파장의10분이1크기여야된다. 우리눈에 보이는 가시광선의파장은380nm~770nm이여서 38~77nm여야 한다는 것이다.그러나 이렇게 만들려면 정밀한 기술이 있어야 하는데,지금의 기술로는 수백nm크기밖에 만들 수가 없다.그래서 큰 파장을 갖는 적외선,테라헤르츠파,마이크로파 등에 쓰인다.

음의 굴절률을 가진 메타물질(투명망토) 에 빛이닿으면 흐르는 냇물이 돌을 휘돌듯 휘어져나간다.메타물질(투명망토) 을 동심원 구조로 만들어 겹겹이 만든뒤 물체를넣으면,투명망토처럼 안보이는 것이다.