본원 RIsearch센터에서는 국내외 민간연구소와 대학의 자료 협조와 정부의 정책 자료를 토대로 분석, 정리하여 『차세대 메타물질(Meta-Material) 국내·외 응용 기술 개발 동향』을 발간하게 되었다. 본서는 1장에선 메타물질의 개념과 정의 및 시장 전망을, 2장은 메타물질 종류별 응용 기술 동향, 3장과 4장은 각각 국내외 연구 기술 개발 동향을 수록하여 응용 기술 현황을 한눈에 파악할 수 있게 다루었다.

최근 미국에서는 메타물질 상용화를 목표로 한 벤처기업이 생겨나고 있는데 우리나라도 대량 생산 등 상용화에 필수적인 기술을 개발하는 국가 차원의 움직임이 필요한 시점으로 이와 관련된 기업과 개인 회원 여러분들에게 다소나마 유용한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.

 

 

제Ⅰ장 메타물질 개념과 정의
1. 메타물질 개념과 정의
 1) 메타물질 연구 history와 용어의 정의
  (1) 연구 역사
  (2) 용어의 정의
    가. Metamaterial : 메타물질
    나. Negative(refractive) index media(NIM) : 음굴절도 매질
    다. bandgap : 밴드갭
    라. Photonic Bandgap Structure(or media) : PBG 구조 (또는 매질)
  (3) 메타물질이 갖는 주요 개념과 특성
    가. 메타물질의 개념
    나. 메타물질의 주요 특성
  (4) 메타물질의 응용분야
    가. 사례 1 : 투명망토기술
    나. 사례 2: 실크옷 투명기술
    다. 사례 3: 스텔스 기술
    라. 실례 4: 열 변환 기술
2. 메타물질의 성질과 변수 및 화학적 제작 방법 개략
 1) 메타물질 디자인과 제작의 발전 내용
  (1) 개략
  (2) 구성변수와 그 한계점
  (3) 메타물질의 성질과 문제점
  (4) 실험적 제작 방법
  (5) 메타물질 인쇄 제작 기법
 2) 메타물질 설계와 상호작용
  (1) 메타물질을 이용한 전기적, 자기적 반응의 설계
  (2) 음의 굴절률을 가진 메타물질과 메타물질의 응용
  (3) 카이랄 메타물질
  (4) 메타 원자들 간의 상호작용
  (5) 변환 광학
  (6) 향후 전망
 3) 메타물질의 실제적 응용을 위한 신축성 메타물질 제작 기법
  (1) 제작 기법 개요
  (2) 복원 가능한 주름진 신축성 메타물질
    가. 연구 배경
    나. 설계개념
    다. 주름진 벌집형 메타물질 제작방법
    라. 실험 / 시뮬레이션 결과
  (3) 실리콘 타일 박막에 독립된 신축성 메타물질
    가. 설계개념
    나. 실리콘 타일 박막에 독립된 신축성 메타물질 제작
    다. 실험결과
  (4) 향후 전망
3. 메타물질 시장 전망 및 견해
 1) 향후 예상 시장 규모
 2) 활용 가능한 시장 수요와 변화
  (1) 활용가능 시장(수요)
  (2) 시장 환경의 변화
 3) 기술 시장성 전망 및 기대 효과
  (1) 기술의 시장성 기대
  (2) 기대효과 및 전망
 
제Ⅱ장 메타물질 종류별 응용 기술 동향
1. 광 메타물질 응용 기술 동향
 1) 광 메타물질 응용기술 연구 동향
  (1) 연구 동향 개요
  (2) 광 메타물질 기술의 응용
    가. Superlens
    나. Solar energy
 2) 편광 상태와 메타 물질을 이용한 전자기파 유도 에너지 전달 제어 기술 동향
  (1) 기술 연구 개요
  (2) 연구 결과 및 견해
  (3) 결 론
 3) 테라헤르츠 메타물질 광학 소자 기술 동향
  (1) 테라헤르츠 메타물질 수동 광학 소자
    가. 테라헤르츠 GRIN 렌즈
    나. 테라헤르츠파 메타물질 흡수체
  (2) 테라헤르츠 메타물질 능동 광학 소자
    가. 광학적 제어 능동 메타물질
    나. 전기적 제어 능동 메타물질
    다. 메모리 메타물질
  (3) 그래핀을 이용한 테라헤르츠메타물질 소자
 4) 광결정에서의 자기조준빔 전파 특성 및 투명망토 국내·외 연구 기술 동향
  (1) 해외 자기조준빔 연구동향
  (2) 해외 cloaking 연구동향
  (3) 국내 자기조준빔과 cloaking 연구동향
 5) Ebeam Sintering을 이용한 가시광 영역 메타물질 패턴 형성 연구 동향
  (1) 연구 개발 개요
  (2) 주요 연구 내용
    가. 완전 흡수체 구조 설계
    나. 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing)을 이용한 메타물질의 제조
    다. 전도도 측정
    라. 전자빔 조사 영향
    마. 흡수율 측정
    바. 표면 형상 관찰
  (3) 주요 연구 결과
    가. 잉크젯 프린팅 테스트
    나. 전자 빔 조사 전/후 미세 구조 및 전도도 분석
    다. 전자빔 조사 후 흡수율 분석
    라. 메타물질 잉크젯 프린팅 기법의 한계와 개선점
2. 양자메타물질 응용 기술 동향
 1) 양자메타물질 개략
  (1) 물리학과 양자역학
  (2) 양자메타물질과 대칭성
  (3) 양자메타물질과 정보처리
  (4) 양자메타물질의 종류
 2) 산화물 기반 양자메타물질 응용 연구 기술 동향
  (1) 저항스위칭 메모리
    가. 배경
    나. 저항 스위칭 현상의 특성과 분류
    다. 고속/고집적의 저항변화 메모리 소자 연구
    라. 산화물 다이오드를 이용한 3차원 메모리 소자 연구
    마. 향후 전망
  (2) 메타구조와 다강체 물질
 3) 양자메타물질과 복합분광 기술 동향
  (1) 양자메타물질에서 복합분광의 중요성
  (2) 금속나노구경을 이용한 나노스케일 광 특성 연구
  (3) 탐침증강 광분광기법을 이용한 양자메타물질 연구
  (4) STM과 광분광 융합을 통한 양자메타물질 연구
  (5) 시간분해능을 갖는 광여기 STM 개발
 4) 이차원 전자기체로 만드는 양자메타물질 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 이차원 전자기체에서 플라스마알을 이용한 응용
  (3) 이차원 전자기체에서 극갈림알(polariton)의 보스-아인슈타인 응축 현상
  (4) 그래핀에서 이차원 전자기체의 특성
  (5) 초살창 구조를 가지는 그래핀의 특성
  (6) 이차원기체를 이용한 양자메타물질
3. 플라스몬 메타물질 응용기술 동향
 1) 플라스몬 메타물질 개략
 2) 테라헤르츠파 플라즈모닉스 기술 동향
  (1) 기술 개요
  (2) 유사표면플라즈몬
  (3) 플라즈모닉 메타물질과 Babinet 원리
  (4) 테라헤르츠파 플라즈몬닉 메타물질의 투과 공진 특성
  (5) 테라헤르츠파 플라즈몬닉 메타물질의 완전 투과 공진
  (6) 기타
 3) 활성 나노플라스모닉 메타물질 기술 동향
  (1) 기술 개요
  (2) 입사광 손실의 보상과 증폭
  (3) 밝은 모드와 어두운 모드의 레이저발진
  (4) 나노레이저
  (5) 응용과 전망
4. 음향 메타물질 응용 기술 동향
 1) 음향메타물질에서 나타나는 세 가지 형태의 파동특성
 2) 주기적 압전 단위 구조체를 가지는 진동-음향 도파관의 가변 밴드갭
  (1) 기술 개요
  (2) 진동-음향 메타물질
    가. 음향 메타물질의 구성 및 이론적 해석
    나. 가변 밴드갭 주파수
    다. 밴드갭 차단 능력 강화
 3) 음향 메타물질의 제작과 응용에 관한 연구 기술 동향
  (1) 연구 개요
  (2) 국내외 기술개발 현황
  (3) 연구수행 내용 및 결과
  (4) 향후 전망
5. 그래핀과 스마트 메타물질 응용 기술 동향
 1) 그래핀과 메타물질 결합 응용 기술 동향
  (1) 총괄 개요
    가. 기술 개요
    나. 연구 개요
  (2) 연구결과
  (3) 기대효과
 2) 스마트 메타물질 응용 기술 동향
  (1) 총괄 개요
    가. 기술 개요
    나. 연구 개요
  (2) 연구 결과
  (3) 기대효과
6. 비선형 메타물질 응용 기술 동향
 1) 연구 기술 개요
 2) 비선형 메타물질의 연구 동향
  (1) 비선형 메타물질의 유형
  (2) 메타물질에서의 위상정합
  (3) 메타물질에서의 비선형 광학적 현상
  (4) 비선형 메타물질 연구 전망
 3) 불균일한 비선형 메타물질
  (1) 비선형성에 의해 유도된 공간적 불균일성
  (2) 국소적으로 유전율 또는 투자율이 0인 매질에서 일어나는 모드변환 현상
  (3) 메타물질에서의 표면파
  (4) 주기적, 준주기적 또는 무질서한 메타물질
 4) 응용기술 전망
 
제Ⅲ장 국내 메타물질 연구 기술 개발 동향
1. 메타물질 안테나 응용 기술 동향
 1) 응용 기술 개요
 2) 안테나 특성 개선을 위한 고임피던스 표면의 설계 및 분석과 안테나 응용 기술 동향
  (1) EBG, 고임피던스 표면 이론
    가. HIS 의 기본적인 이론적 배경
    나. 표면파
    다. 돌기형 표면
    라. 돌기형 표면 EBG의 전송선로 모델
    마. 실효 매질모형
    바. 기타 구조
  (2) HIS의 설계 및 분석
    가. 기본 정사각형 EBG 구조
    나. 다층 구조
    다. 상판의 모양을 변형한 구조
  (3) 안테나에의 응용 기술
    가. 안테나
    나. 모노폴 안테나
    다. 패치 안테나
  (4) 결론
 3) 메타 물질 기법을 이용한 전방향성 복사 패턴을 갖는 평면형 S-DMB 안테나 설계 및 구현 연구 기술 동향
  (1) 안테나 이론
    가. 메타물질 이론
    나. CRLH 전송 선로
  (2) 안테나의 설계
    가. 설계 기법
    나. 제안된 안테나의 구조
  (3) 안테나 제작 및 측정
  (4) 결론 및 전망
 4) 접힌 기생 패치를 이용한 확장된 대역폭을 갖는 하이브리드 메타 물질 안테나 연구 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 사각 홀이 삽입된 패치 안테나
  (3) 버섯 구조가 삽입된 패치 안테나
  (4) 접힌 기생 패치가 삽입된 하이브리드 메타 물질 패치 안테나
  (5) 측정 결과
  (6) 결론
 5) 메타물질을 이용한 차량용 내장형 안테나 어레이에 대한 연구 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 국내외 기술개발 현황
    가. 국내 기술 현황
    나. 해외 기술 현황
  (3) 연구수행 내용 및 결과
  (4) 연구결과의 활용계획
 6) 새로운 메타물질 Single-Layer를 이용한 2.4GHz 대역을 위한 고 이득 메타물질 패치 안테나 연구 기술 동향
  (1) 고 이득 패치안테나 설계
  (2) 전산모의 결과
  (3) 안테나 제작 및 측정 결과
2. 메타물질 광학소재 응용 기술 동향
 1) 응용 기술 개요
  (1) 개요
  (2) 메타물질을 이용한 회절한계 극복
  (3) 음 굴절율을 이용한 완전 렌즈
  (4) 부정부호행렬 형태의 유전율을 이용한 하이퍼렌즈
  (5) 고분해능 원거리 이미징을 위한 근접장-원장 변환
  (6) 응용 기술 전망
 2) 전자기파나 광파의 경로를 마음대로 제어하는 초소형 광학소자 개발 동향
  (1) 개발 동향 및 연구 개요
    가. 개발 동향
    나. 연구 개요
  (2) 연구결과
  (3) 기대효과
 3) 금을 이용한 비대칭 금속 나노입자를 합성한 메타물질 개발 동향
  (1) 개발 동향
  (2) 연구 개요 및 결과
 4) 나노입자 기반의 신개념 슈퍼렌즈 기술 개발 동향
  (1) 개발 동향 및 연구 개요
    가. 개발 동향
    나. 연구 개요
  (2) 연구 결과
    가. 연구내용
    나. 응용 분야
  (3) 기대효과
 5) 메타물질 기반의 초고해상도 다초점 영상시스템 개발 및 응용 기술 동향
  (1) 연구 개요
  (2) 국내외 기술개발 현황
  (3) 연구 내용 및 결과
    가. 정전구동형 마이크로거울 어레이(DMD)를 이용한 다공초점 형광 현미경 구축
    나. 메타물질 기반 고분해능 렌즈 구축
  (4) 관련 분야에의 기여도
    가. 정전구동형 마이크로거울 어레이(DMD)를 이용한 다공초점 형광 현미경 구축
    나. 메타물질 기반 고분해능 렌즈를 적용한, 초고해상도 다공초점 형광 현미경 구축
    다. 동물 세포 배양 인큐베이터에 집적 가능하도록 시스템 소형화
  (5) 연구결과의 응용 전망
 6) 의료용 고감도 센서 개발용 금 나노입자 제작기술 개발 동향
  (1) 개발 동향 및 연구 개요
    가. 개발 동향
    나. 연구 개요
  (2) 연구 결과
  (3) 기대효과
3. 메타물질 전자파 관련 응용 기술 동향
 1) 응용 기술 개요
 2) 공진형 메타 전자파 구조의 설계 기술 및 연구 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 공진형 메타 전자파 구조의 설계
  (3) 공진형 메타 전자파 구조 응용 설계
    가. 안테나
    나. MRI 센서
  (4) 공진형 메타 전자파 구조의 발전 동향
  (5) 응용 전망
 3) 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기 설계 및 제작 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 메타물질 구조 6단자 위상상관기
    가. 직접변환 6단자 위상상관기
    나. 메타물질 구조 6단자 위상상관기
  (3) 메타물질 구조 6단자 위상상관기 설계 및 제작
    가. 메타물질 구조 6단자 소자 설계 및 성능
    나. 메타물질 구조 6단자 소자 제작 및 측정
 4) 메타물질 전송선로를 이용한 이중대역 평형증폭기
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 이중대역 평형증폭기의 요소 회로
    가. 이중대역 브랜치라인 커플러
    나. 이중대역 단일증폭기
  (3) 이중대역 평형증폭기의 구성 및 성능
  (4) 응용 전망
 5) Non-Bianisotropy 특성을 갖는 IDC로 구성된 메타 물질 단위 셀 설계 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 메타 물질 단위 셀 설계
  (3) 메타 물질 단위 셀 측정 및 토의
  (4) 응용 전망
 6) 금속 접지 판이 없는 이중대역 메타 물질 흡수체 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 단위 셀의 설계
  (3) 제작 및 측정
  (4) 결론
 7) 메타 물질을 이용한 초소형, 광대역 90°커플러 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 합성 RHTL과 LHTL을 이용한 광대역 90° 커플러
    가. 합성 RHTL과 LHTL
    나. RHTL과 LHTL을 이용한 광대역 90°위상차
    다. RHTL을 이용한 Wilkinson 디바이더
  (3) 실험 결과
  (4) 응용 전망
 8) 동축(coaxial)구조의 메타물질(metamaterial)을 이용한 주파수 가변 테라헤르쯔 대역 흡수기 연구 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 국내외 기술개발 현황
    가. 해외 현황
    나. 국내 현황
  (3) 연구수행 내용 및 결과
    가. 주파수 가변 메타물질 적층형 구조
    나. 이중적층형 메타물질구조의 trapped mode 관측
  (4) 응용 전망
 9) 대칭형 인공자기도체 구조를 이용한 메타물질 특성의 고임피던스 표면 구현 및 SAR 특성 분석 기술 연구 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) AMC 구조의 설계
  (3) 전자파 인체영향 분석
  (4) 결론과 시사점
 10) 하이브리드 메타물질 RF 부품 연구 기술 동향
  (1) 연구 기술 개요
  (2) 국내외 기술개발 현황
  (3) 연구 내용 및 결과
    가. 1차년도 연구 수행 결과
    나. 2차년도 연구 수행 결과
    다. 3차년도 연구 수행 결과
  (4) 연구결과의 활용 전망
    가. 활용 방안의 중요성
    나. 연구결과의 활용계획
 
제Ⅳ장 해외 메타물질 연구 기술 개발 동향
1. 북미 지역 연구 기관 과학 기술 동향
 1) 미국
  (1) 초소형 메타물질 안테나
  (2) 가시광선에서 음의 굴절율을 보이는 메타물질
  (3) 시공간 구조 변화를 테스트할 수 있는 메타물질
  (4) 다양한 파장을 이용하는 태양전지용 메타물질
  (5) 메타물질을 이용한 고화질 초음파 영상
  (6) 메타물질에서 확인된 뫼비우스 대칭
  (7) 메타물질 개발을 위한 오징어 피부 프로젝트
  (8) 투명망토 기술을 발전시킬 플라즈몬 메타물질
  (9) 위성안테나의 성능을 향상시킬 메타물질
  (10) 태양전지 효율 개선을 위한 메타물질 활용 연구
  (11) 메타 물질 흑체
  (12) 비선형 메타 물질
  (13) 슈퍼 렌즈를 위한 화학적으로 조립된 메타물질
  (14) 새로운 플라즈몬 메타물질
  (15) 메타물질용 전도체
  (16) 위상학을 이용한 이방성 메타물질 제작
  (17) 광응용을 위한 새로운 메타물질
  (18) 압축되면 늘어나는 역학적 메타물질
  (19) 양자점 메타물질
  (20) 전파를 집속시키는 새로운 메타물질 렌즈
  (21) 마이크로칩 위의 메타물질
  (22) 액체처럼 흐르는 유기 메타물질
  (23) 효율적인 센서 및 태양전지용 흡수장치 개발에 사용될 메타물질
  (24) 광자 스핀 홀 효과를 증폭시킨 메타물질
  (25) 제조하기 쉬운 광학 메타물질
  (26) 대역폭을 넓혀주는 달 모양의 메타물질
  (27) 메타물질로 제작된 새로운 렌즈
  (28) 편광을 바꾸는 유연한 메타물질 시트
  (29) 비선형 광생산 메타물질 제작
  (30) 배터리로 작동하는 투명 망토
  (31) 메타물질을 이용한 고효율 광대역 테라헤르츠파 발생
  (32) 아날로그 컴퓨터로서 작동하는 메타물질
 2) 캐나다
  (1) 양자 정보 시스템을 위한 메타 물질의 이용
  (2) 메타물질에서 토폴로지의 변화
2. 유럽 지역 연구 기관 과학 기술 동향
 1) 독일
  (1) 테라헤르츠 복사광을 집속시키는 메타물질 렌즈
  (2) 3차원 메타물질을 만들 수 있는 새로운 방법
  (3) 나노구조 메타 물질
  (4) 열 전파에 특별히 사용될 수 있는 메타물질
 2) 영국
  (1) 공간이 사라진 것처럼 빛을 전파하는 메타물질
  (2) 게코와 같은 접착력을 발생시키는 메타물질
  (3) 단일 분자를 검출하는 플라즈몬 메타물질
  (4) 인공 메타물질 기반 신 광감지 소자
 3) 스페인
  (1) 메타물질 현실화, 투명망토 정말 가능할까?
  (2) 자기 메타물질의 에너지 운송 향상
 4) 스위스
  (1) 메타물질의 모델링
 5) 핀란드
  (1) 인조 나노입자와 생물학적 나노입자가 결합된 새로운 메타물질
  (2) 메타 물질 안에서 동적인 카시미르 효과
 6) 이스라엘
  (1) 빛의 분포를 제어하는 새로운 메타물질
3. 아시아 및 오세아니아 지역 연구 기관 과학 기술 동향
 1) 일본
  (1) 열을 빛으로 바꾸는 메타물질
  (2) 메타물질을 이용한 세계 최소급 안테나
 2) 중국
  (1) 부분적으로 안보이게 할 수 있는 투명망토
 3) 호주
  (1) 빛으로 조절될 수 있는 첫 메타물질 제작
 4) 싱가포르
  (1) 전자기 반응특성이 향상된 메타물질
  (2) 민감한 센서로 활용할 수 있는 유연한 메타물질
  (3) 환영을 만드는 메타물질소자
  (4) 열 플럭스에 대한 3차원 메타물질 망토 시연