양자 메타물질 연구
메타물질(Metamaterial)은 자연계에 존재하지 않는 물리적 특성을 가지는 복합 인공구조체에 기반한 새로운 개념의 물질이다. 그림과 같이 새로운 광학적, 기계적, 열적, 음향적 특성을 구현하는 모든 구조체를 총칭하며, 최근 많은 분야에 도입되어 다양한 응용의 길을 제시하고 있다. 특히 광학 메타물질은 전자기파의 양자역학적 현상에 기반하여 음의 굴절률, 파동함수의 위상 및 수송 제어, 양자 센싱 및 광증폭 등의 독특하고 유일무이한 특성들을 구현할 수 있어 크게 주목받고 있다.
테라헤르츠 메타물질 연구
메타물질(Metamaterial)은 전자기파의 세기, 위상, 편광, 주파수, 방향, 수송 특성 등 전자기파가 가지는 모든 특성을 제어 및 조작가능하게 한다. 전자기파 영역 중 테라헤르츠파는 전자기파 영역 가운데 마지막 남은 미개척지라 불리며, 최근 6세대 이동통신 주파수로 주목받고 있다. 테라헤르츠파 기반 무선 통신 뿐 아니라, 센싱(분광) 및 이미징 시스템의 실제적 구현을 위해서는 물질과의 상호작용 특성 연구 및 소자 기술의 개발이 필요하다. 메타물질은 이를 위한 핵심적인 수단이다. 그림은 다양한 기능을 가지는 테라헤르츠파 소자들의 예를 보여준다.
양자 물성 특성 연구
메타물질(Metamaterial)에 기반하여 고도화된 측정 시스템은 다양한 물질에서의 양자역학적 물성에 대한 이해를 증진시킬 수 있다. 또한 이에 대한 이해를 기반으로 고도화된 광소자 및 시스템을 구현할 수도 있다. 메타물질과 테라헤르츠파 기반 측정 시스템의 결합은 복합 유기 반도체 구조에서의 엑시톤(exciton), 폴라론(polaron), 폴라리톤(polariton)같은 양자 입자들의 주입(injection), 수송(transport), 커플링(coupling), 생성 및 소멸 특성 등에 대한 연구를 가능하게 한다. 또한 메타물질과 양자점의 결합을 통한 센싱 시스템의 고도화, 유무기 반도체 복합 구조와 메타물질의 결합을 통한 광소자 성능의 향상 및 제어, 양자점 및 생체 형광 물질을 이용한 암 치료와 같은 의료 분야 및 FRET과 같은 고감도 측정 시스템 응용, 플라즈모닉 나노 구조를 이용한 광소자 개발 등 다양한 연구를 가능하게 한다.