광대역 완전 광 흡수를 위한 다층박막의 나노 구조체 구현

Abstract

완전 광 흡수체는 입사된 빛의 투과와 반사를 억제하여 이론적으로 빛을 100% 흡수하는 구조체로서 태양전지, 선택적 열 방출기, 센서 및 검출기 등에서의 활용 가능성으로 인해 많은 주목을 받아 왔다. 초기에는 표면 플라즈몬 폴라리톤과의 결합, 도파로 모드, 흡수 물질을 포함한 공동 등을 이용한 공진기 기반의 완전 광 흡수체들이 많이 제안되었으나 좁은 주파수의 흡수 대역폭을 갖는 단점을 피할 수 없었다. 그러나 최근에 제안된 메타물질 기반의 완전 광 흡수체는 주기적 배열을 통해 자연계에 존재하지 않는 광학적 특성을 구현하므로, 구조 변수의 제어를 통하여 광대역의 광 흡수 폭을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 광대역에서 편광 방향에 무관한 완전 광 흡수체로써 원뿔 형태의 쌍곡 메타물질 구조체를 제안하고 이를 구현하였다. 쌍곡 메타물질은 방향에 따라 금속과 유전체의 특성을 각각 지니며 이에 따른 특이적 고유모드에 의해 특정 주파수에서 느린 빛 모드를 갖는다. 이를 원뿔 형태로 설계함으로써 느린 빛 모드를 형성하는 주파수 대역폭을 확장하여 광대역의 흡수폭을 얻을 수 있다. 이러한 원뿔 형태의 3차원 구조를 구현하기 위해 집속이온빔장치를 이용하여 패턴을 형성하였는데, 그레이스케일 이미지를 이용해 빔의 체류 시간을 세분화하여 이를 구현하였다.