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이러한 단점을 보완하기 위한 것이 바로 투명망토 소재로 알려진 ‘메타물질’로, 이 물질로 만들어진 표면으로 홀로그램 디스플레이를 만들고자 하는 연구가 진행되고 있다.

문제는 지금까지의 메타홀로그램 기술은 아직까지 하나의 이미지만 생성할 수 있다는 점에 있었다.

VR 등에 활용되는 이미지는 한 번에 다양한 이미지가 흘러나와야 하고, 때로 동영상을 필요로 하기 때문이다. 게다가 고효율 홀로그램 구현에는 산화티타늄, 질화갈륨과 같이 비싸고 대량 생산이 어려운 재료가 사용돼, 이제는 고작 만원에 불과한 가격이 된 VR기기 처럼 상용화하기도 어려웠다.

노준석 교수팀은 상대적으로 저렴하고 대량생산이 편리한 실리콘을 이용, 빛이 회전하는 방향과 편광을 조절해 두 개의 홀로그램 이미지가 동시에 나타나는 메타표면을 개발했다.

왼쪽으로 회전하는 빛을 표면에 비추면 RHO라는 이미지가, 오른쪽으로 회전하는 빛을 비추면 ITU라는 이미지가 나타나도록 만든 후, 왼쪽으로 회전하는 빛과 오른쪽으로 회전하는 빛을 섞어 한 번에 재생하도록 한 것이다.

또, 빛의 편광을 조절하면 이미지를 실시간으로 바꿀 수도 있고, 나아가 동영상으로 발전시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이 기술을 이용하면, 홀로그램을 더욱 복잡하게 설계할 수 있게 돼 화폐, 신용카드, 고급 위스키나 명품 잡화들에 들어가는 위조방지 기술이나 암호화 기술에도 활용할 수 있게 된다.

실리콘을 사용했다는 점에서, 기존의 반도체공정에서 바로 제작할 수 있을 뿐 아니라, 기존 연구에서 사용해온 산화 티타늄에 비해 비용을 수백 배까지 절감할 수 있다는 점에서 더욱 산업계의 주목도가 높다.

연구를 주도한 노 교수팀은 “이번에 제작된 메타홀로그램은 60% 이상의 투과 효율을 가지고 있어 눈으로 아주 선명한 이미지를 관찰할 수 있다”며 “소자의 두께가 300나노미터(nm)에 불과해 초경량 고효율의 광학기기나 VR기기 제작에도 활용될 수 있다”고 설명했다.

한편, 광학 분야 국제 학술지인 레이저 앤 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)를 통해 발표된 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업, 글로벌프론티어사업, 미래소재디스커버리사업, 선도연구센터사업, 글로벌박사펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.