종이공예기법은 과학적으로 여러 쓰임새가 많습니다. 때문에 학계에서도 주목하는 분야인데요. 평면을 자르고 구부려 입체적으로 만드는 종이공예는 공식적으로 '키리가미 기법'이라고 부릅니다.
그런데 이걸 나노 크기로 자르고 응용한다고도 하는데요. '기능'에 주목하는 큰 사이즈의 공예법 적용기술들과 달리 이 기술은 '광학' 기능에 더 중점을 맞춘 키리가미 연구입니다.
위 구조는 미국 MIT의 니콜라스 팡 교수 외 5명이 만들었습니다. 크기가 수 um정도인데요. 머리카락 두께의 1/20 수준이라고 생각하시면 됩니다. 연구진은 수십nm 두께의 금속 막을 정확한 패턴으로 잘랐습니다. 가위로 자르는 대신 마이크로칩 등을 만들 때 표면가공에 쓰는 '이온빔'을 사용했습니다. 이번 연구는 <Science Advance>지에 소개됐어요.
신기하긴 한데, 뭐에 쓰는 물건인고?
연구진은 이 키리가미 구조들로 '빛'을 조절해냈습니다. 원편광을 일으켰다고 하는데요. 원편광이란 빛의 파장이 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 비틀어지며 진행하는 경우를 가리킵니다.
금속 막이 비틀리거나 굽히는 과정은 같은 종류의 이온 빔이 금속박막에 가하는 힘 때문에 발생합니다. 이온 빔을 적게 보내면 사이 공간이 늘고, 어떤 이온은 금속 결정 격자에 박히며 격자를 밉니다. 그 결과 금속이 힘을 받아 구부러집니다.
연구자가 특정한 빛이 필요하다고 판단했다면 이번 연구를 바탕으로 필요한 입체 금속 막의 구조를 역으로 알아낼 수 있습니다. 정확하게 잘리고 접히는 모양을 통해 필요한 기능에 따른 원하는 모양을 얻게 됐죠.
연구는 아직 초기 단계에 있다고 합니다. 적용 가능한 응용 분야에 대해서도 더 많은 연구가 필요합니다. 그러나 현재 비슷한 기능을 하는 광학장치에 비해 훨씬 작은 크기이기 때문에, 더 복잡한 광학 칩이 필요한 경우 잘 응용할 수 있을 것이라는 평가가 나옵니다. 예를 들면 신호끼리 간섭하지 않고 전달할 수 있는 레이저 광선 등을 나노미터 크기로 만드는 데 이용할 수 있을 거라는 분석입니다.
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Nano-kirigami with giant optical chirality
