유효매질을 이용한 메타물질 설계
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 대학원 : 기계공학과 2012. 2
발행연도
2012
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
Design of metamaterials using effective medium
형태사항
viii, 44장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김경식
소장기관
최근 주목받고 있는 메타물질은 세계적으로 활발한 연구가 행해지고 있으며, 자연계에 없는 새로운 성질을 가진 인공물질을 연구하는 분야이다. 원자들이 모여 분자를 이루는 것처럼 인공적으로 제작한 메타물질의 원소들을 주기적으로 배열하여 메타물질을 만들게 된다. 메타물질을 구성하는 메타원자가 입사하는 빛의 파장보다 훨씬 작을 경우 빛은 메타원자들을 개별적으로 인식하지 못하고 균질한 하나의 매질로 인식하게 되는데 이를 유효매질(Effective medium)이라고 한다. 이러한 유효매질의 격자구조와 메타원자의 설계를 통하여 원하는 유효물성(Effective property)을 가지는 물질이 메타물질이다.
금속을 이용하지 않고 유전체의 유전율만을 조절하여 제작된 메타물질은 split ring resonator(SRR) 같이 공진을 하지 않아 작동하는 주파수대역이 넓고 방향성이 없어 설계와 제작이 수월하다. 본 연구에서는 대면적 패턴 공정을 고려하여 주기적인 격자구조를 가지는 메타물질을 이용하여 패턴의 경우 원형 구멍을 뚫는 간단한 방식으로 설계를 하였다. 실험은 RF영역(10GHz)에서 실행하였는데 이 파장대역은 파장이 크기 때문에 설계한 메타물질의 샘플제작이 가시광 영역보다 비용과 시간, 기술면에서 쉽다s는 이점이 있다. 메타물질 설계의 경우 메타원자와 격자구조의 비율이 파장에 비례하기 때문에 다른 영역에 맞는 설계는 크기만 변화시키면 된다.
본 연구에서는 전산모사를 통하여 원형 패턴의 격자구조를 가지는 물질의 격자구조를 조절하여 유효매질로써 작동할 수 있는지를 확인하고, 배열에 따른 결과도 살펴보았다. 또한 유효매질로써 작동하지 않는 격자구조의 물질을 교차적으로 적층된 얇은 판들의 집합체로 만드는 방법으로 유효매질이 됨을 보였다. 이 방법은 같은 패터닝 공정기술을 이용하여 더 작은 파장에서도 작동할 수 있는 메타물질을 만들 수 있는 방법으로 배열에 따른 적층방법으로 최소 작동파장을 1/9배까지 줄일 수 있음을 보였다. 마지막으로 이를 실험으로 증명하였다.
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