[초록빛논문] 가시광 영역에서의 쌍곡메타표면

1. 논문 정보

제목: 가시광 영역에서의 쌍곡메타표면

학술지: 자연

발행년월: 2015년 6월

글쓴이: 알렉산더 A. 하이, 로버트 C. 데블린, 마크 폴킹, 도미닉 S. 와일드, 야노스 페륵젤, 나탈리 P. 데 레온, 미카일 D. 루킨, 박홍근

이어가기: http://dx.doi.org/10.1038/nature14477

인용정보: High, A. A., Devlin, R. C., Dibos, A., Polking, M., Wild, D. S., Perczel, J., … Park, H. (2015). Visible-frequency hyperbolic metasurface. Nature, 522(7555), 192–196. 

2. 초록

[번역문]

메타물질이란 버금파장크기의 금속과 유전체의 집짓기 블록을 이용해 인위적으로 만든 광매질로, 이러한 메타물질은 자연적으로 존재하는 물질에서는 찾아볼 수 없는 광현상을 보여준다. 메타물질은 기존의 방법과는 다른 방식으로 빛의 흐름을 제어하는 독특한 광소자로 작동할 수 있는데, 다만 3차원 메타물질은 도파손실이 너무 크다는 문제를 안고 있다. 도파하는 표면 플라즈몬 편극자에 대한 쌍곡메타표면처럼 메타표면이라 불리는 2차원 메타물질은 이러한 문제를 줄여줄 수 있다. 표면 플라즈몬 편극자는 (금속 요소를 지나쳐 통과하기 보다는) 금속-유전체의 경계에서 길잡히기 때문에, 이러한 쌍곡메타표면은 3차원 메타물질에서 나타나는 광특성을 유사하게 보여주면서도 훨씬 적은 도파 손실을 겪을 것이라 예측된다. 게다가 메타표면이 갖는 평면적인 성질 때문에, 이러한 소자는 메타물질 집적회로를 구성하거나 다른 광전자 요소들과 결합하기가 쉽다. 이에 본 연구단은 돌그림찍기와 식각을 통해 결정된 단결정 Ag 은 나노구조를 이용해서 실험적으로 구현된 가시광 영역에서의 쌍곡메타표면을 보고한다. 결과물로 나온 소자는 음굴절과 회절제한없는 도파같은 메타물질의 특성을 보였는데, 이는 이전 것들의 성능을 훨씬 뛰어넘는다. 게다가 쌍곡메타표면은 분산에 의존하는 강한 스핀-궤도 결합을 보이는데, 이를 통해 표면 플라즈몬 편극자의 편광 또는 파장에 의존한 길찾기를 할 수 있고, 2차원 손지기 광요소를 만들 수 있다. 이 연구결과는 결상계와 감지기에서부터 양자광학과 양자정보과학에 이르기까지 폭넓게 응용될 수 있는 광 집적메타회로를 구현하는 길을 열었다.

[원문]

Metamaterials are artificial optical media composed of sub-wavelength metallic and dielectric building blocks that feature optical phenomena not present in naturally occurring materials. Although they can serve as the basis for unique optical devices that mould the flow of light in unconventional ways, three-dimensional metamaterials suffer from extreme propagation losses. Two-dimensional metamaterials (metasurfaces) such as hyperbolic metasurfaces for propagating surface plasmon polaritons have the potential to alleviate this problem. Because the surface plasmon polaritons are guided at a metal–dielectric interface (rather than passing through metallic components), these hyperbolic metasurfaces have been predicted to suffer much lower propagation loss while still exhibiting optical phenomena akin to those in three-dimensional metamaterials. Moreover, because of their planar nature, these devices enable the construction of integrated metamaterial circuits as well as easy coupling with other optoelectronic elements. Here we report the experimental realization of a visible-frequency hyperbolic metasurface using single-crystal silver nanostructures defined by lithographic and etching techniques. The resulting devices display the characteristic properties of metamaterials, such as negative refraction and diffraction-free propagation, with device performance greatly exceeding those of previous demonstrations. Moreover, hyperbolic metasurfaces exhibit strong, dispersion-dependent spin–orbit coupling, enabling polarization- and wavelength-dependent routeing of surface plasmon polaritons and two-dimensional chiral optical components. These results open the door to realizing integrated optical meta-circuits, with wide-ranging applications in areas from imaging and sensing to quantum optics and quantum information science.

3. 용어 대응

hyperbolic metasurface: 쌍곡메타표면

building block: 집짓기 블록

sub-wavelength: 버금파장

surface plasmon polariton: 표면 플라즈몬 편극자

guide: 길잡다

guided: 길잡히다

lithography: 돌그림찍기

etching: 식각

chiral: 손지기

routeing, routing: 길찾기

imaging: 결상

sensing: 감지

4. 그림

끝

2015년 6월 12일

과꾸로

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초록빛논문 소개:

모든 중요 논문이 영어로 나오는 시대에, 한국어를 모국어로 하는 연구자들이 최근 연구를 쉽게 접할 수 있도록, 논문의 초록을 한국어로 번역하여 소개한다. 한국어 용어는 한국물리학회의 물리학 용어집을 기본적으로 따른다. 초록이 없는 논문의 경우 초록 대신 논문 본문의 첫 문단을 번역하여 소개한다. 분야는 나노광학, 표면 플라즈몬, 메타물질 등을 다룬다.

번역자

카이스트 물리학 박사

현재 CSIRO 호주 연방과학산업연구원 박사후 연구원

이어가기: http://www.yhwang.info

트위터: @gguro

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