메타물질의 왼손법칙 물성과 완전 흡수 특성에 대한 연구

Abstract

인위적으로 설계된 구조체들의 집합인 메타물질은 기존의 물질에서는 볼 수 없는 새로운 현상을 유발해 학계의 큰 관심을 받고 있다. 본 학위 논문에서는 메타물질이 가지는 특이 전자기적 특성인 음의 투자율, 왼손 법칙 물성, 그리고 완전 흡수 특성에 대한 연구 결과를 다룬다. 짧은 와이어 쌍 공진기와 긴 와이어가 조합을 이룬 조합구조 메타물질은 왼손법칙 물성을 유발하는 대표적인 구조이다. 긴 와이어의 폭과 메타물질 단위 구조의 주기성이 조합구조가 가지는 왼손 법칙 물성에 어떠한 영향을 주는지에 대한 연구가 전산모사와 측정을 통해 연구되었다. 본 연구에서 메타물질의 플라즈마 주파수가 구조변수에 따라 민감하게 변화된다는 것을 알았고 이를 왼손 법칙 메타물질 설계 시 유의해야 함을 이해하게 되었다. 높은 대칭 구조를 가진 공진기에 대한 연구도 진행되었다. 공진기가 가지는 크기 변수 및 입사 전자기파의 조건에 따라 왼손 법칙 물성과 음의 투자율에 어떠한 변화를 가져오는지에 대한 전산모사적, 실험적 검증이 이루어졌다. 본 연구는 입사 전자기파의 편광상태와 입사각에 대한 영향이 적은 왼손법칙 물성 또는 완전 흡수 특성 구현의 토대가 되었다. 마지막으로 메타물질 완전 흡수체 연구 발전에 중요한 다중 대역 전자파 흡수 특성을 갖는 메타물질이 설계 및 제작되었고, 전산모사, 측정을 통해 물성이 검증되었다. 편광상태 및 입사각에 대한 영향이 최소화된 이중, 삼중 또는 사중 대역을 가지는 흡수체 설계법이 제시되었으며, 제시된 구조는 기존에 제시되었던 다중 상호 작용 흡수 이론에 대한 재검토 연구를 유발하였다. 본 연구결과는 군사용 스텔스 기술, 페라이트 기반 전자파 흡수체 대체, 전자파 감지 센서 등에도 응용 가능하다.