"빛의 정지"를 준결정 구조 내에서 발견

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【2017년 2월 4일】

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미래창조과학부는 "국내 연구진(KIST 허가현 박사 연구팀)이 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 준결정 구조 내에서 빛이 정지하는 국부화현상을 발견 하였다"고 밝혔다. 준결정준주기적 결정의 준말로서, 결정과 비정질 소재의 특성을 동시에 지니는 새로운 형태의 소재를 가리킨다. 어떤 구조가 정돈되어 있지만 규칙을 가진 브라베 격자는 아닌 경우이다. 기하학적으로 이러한 구조가 가능함이 발견되었으며, 실제로 이런 구조를 가지는 물질이 발견되어 있다. 마찰력이 적다는 특징이 있다. 반면, 파동의 국부화 현상(Wave Localization)이란 빛·소리 등의 파동이 소재를 통과할 때 소재 내에 존재하는 산란체에 충돌하고 다중산란을 일으켜 물질 내부에서 파동이 정지하는 현상을 가리킨다.

이전의 연구에서는 물질 내 산란체가 무질서하게 배열된 비정질 소재에서 파동의 국부화 현상이 관찰되었으나, 소재의 구조를 정이하고 재현하기 어려워 파동의 국부화 현상을 안정적이고 일관되게 관찰할 수 없었다. 따라서 파동의 국부화 현상을 안정적으로 제어할 수 있도록 구조과 명확하게 정의된 소재에 대한 연구가 필요했었다.

이에 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 비정질 소재와 결정 소재의 중간적인 성격을 지니는 준결정 소재로부터 파동의 국부화 현상을 관찰하였다고 밝혔다. 준결정의 투과도 패턴이 나타나는 부분에서 시간에 따른 파동의 세기가 감소하는 양상을 분석하고 파동이 확산성으로 이동하는 경우에 비해 감소하는 양상이 늦어지는 것을 발견함으로써 파동이 물질 내부에서 갇혀 있다 빠져 나가는 현상을 관찰했다는 것이다.

이 연구 성과를 통하여 파동의 국부화 현상을 훨씬 능동적으로 관찰할 수 있게 된 길이 생겼다. 나아가 연구 결과를 응용하면, 통신망 및 레이져 분야의 개선이 기대된다. 또한 준결정 구조를 방음벽에 이용할 경우 층간 소음을 획기적으로 저감할 수 있는 가능성도 생긴다.

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