포스텍(포항공대, 총장 김무환) 캠퍼스 곳곳이 메타버스로 탈바꿈하고 있다. 코로나19 팬데믹 후 포스텍은 비대면 상태로도 현실과 같은 수준의 실험과 실습을 진행할 수 있는 메타버스 강의 환경을 구축했다. 가상현실(VR)기기를 착용하기만 하면 실험 환경뿐만 아니라, 먼 곳의 원자력발전소도 생생하게 볼 수 있다. 나아가, 교수와 학생이 각기 다른 화면으로 맞춤형 수업을 경험할 수 있다면? 

포스텍은 노준석 포스텍 교수(기계공학과·화학공학과)·김주훈 씨(포스텍 기계공학과 통합과정)·성준화 씨(포스텍 기계공학과 통합과정) 연구팀은 단일 구조체에 세 가지 정보를 동시에 저장하는 메타 디스플레이를 개발했다. 메타표면으로 만든 이 디스플레이는 편광에 따라 각기 다른 이미지를 보여줘, 사용자에 따라 화면이 다르게 보이는 차세대 보안 장치나 초소형 디스플레이의 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 

빛을 자유자재로 조절하는 인공물질인 메타표면은 나노 구조체의 주기적인 배열로 이뤄진다. 구조체 하나의 크기가 파장보다 작아, 이 안에 다양하고 많은 정보를 저장하는 것이 과제로 여겨졌다. 

더욱이 기존 메타표면은 하나의 구조체에 하나의 정보만을 담을 수 있어, 구조체 모양이나 배열을 달리하는 방식으로 여러 정보를 담아야 했다. 이 경우 복잡한 설계와 공정 과정을 거쳐야 해 번거로운 데다가 추가적인 비용이 들었다. 크기를 줄이는 데 한계가 있었던 것은 물론이다. 

연구팀은 근거리장 빛의 세기를 조절하는 말루스 법칙과 원거리장 빛의 위상을 조절하는 기하학적위상법칙을 결합, 단일 구조체로 세 가지 정보를 저장하는 메타 디스플레이를 제작했다. 이 디스플레이는 구조가 단순해 쉽고 저렴하게 만들 수 있을 뿐만 아니라, 크기가 0.5밀리미터(mm)로 매우 작았다. 연구팀은 메타 디스플레이로 각기 다른 세 개의 로고를 출력하는 데 성공했다. 

노준석 교수는 “근거리장·원거리장의 빛을 동시에 조절하지 못했던 기존 메타표면의 한계를 뛰어넘은 성과”라며 “사용자에 따라 다르게 보이는 보안 장치나, 교수와 학생이 각각 다른 화면을 볼 수 있는 맞춤형 가상현실(VR)·증강현실(AR) 디스플레이에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 

한편, 국제 학술지 『어드밴스드 사이언스』에 최근 게재된 이 연구는 포스코 산학연융합연구소 사업, 한국연구재단 미래유망융합기술 파이오니어 사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 

최승우 기자 kantmania@kyosu.net

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