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사실 물체를 작고 얇게 가공하는 기술은 이미 많이 발전해서 손톱 크기의 반도체 안에도 수십억 개 이상의 트랜지스터를 집적할 수 있다. 심지어 원자를 하나씩 원하는 위치에 배열해 글자나 그림을 만들 수도 있다. 하지만 이렇게 만든 초미세 구조물이 빛을 반사하거나 굴절시키는 것은 또 다른 문제다. 우리가 일반적으로 거울에 사용하는 물질들은 너무 얇게 만들면 빛을 반사할 수 없다.
연구팀은 동일한 원자 수백 개로 이뤄진 메타물질(metamaterial)을 이용해 이 한계를 극복했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특징을 지닌 특수한 물질로 빛이나 음파와 반응하는 성질이 뛰어나다. 연구팀은 원자를 한 층으로 연결해 만든 2차원 메타물질을 격자무늬로 배치해 극도로 얇은 크기에도 레이저의 경로를 바꿀 수 있게 만들었다. (사진)
하지만 이 연구의 궁극적인 목적은 매우 가볍고 얇은 거울을 만들기 위한 것이 아니라 일반적인 상황에서는 발생하지 않는 양자광학 현상을 연구하는 데 있다. 빛과 물체의 상호작용을 양자역학적 관점에서 설명하는 양자광학은 미래 양자 기반 정보 시스템과 기기 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 연구팀은 이 기술을 통해 양자 제어 기술을 포함한 관련 기술을 발전시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 당장에 실용화될 수 있는 분야는 아니지만, 이런 기초 연구를 통해 양자광학과 양자 정보 기기가 우리의 삶을 변화시키는 날이 올지도 모른다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
