최근 포스텍(포항공대)·전북대 연구팀이 기존 이론으로는 불가능하다고 여겨졌던 '파동을 완벽하게 가두는 기술'을 개발했다.
연구 결과는 물리학 분야 최고 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'에 최근 게재됐다.
연구팀은 스마트폰이나 라디오, 초음파 장비 등 공진 현상을 활용한 기술에 주목했다.
공진이란 그네를 탈 때 적절한 타이밍에 밀어주면 더 높이 올라가듯, 특정 주파수에서 파동이 증폭되는 현상이다.
관련 연구는 약 100년 전 노벨상 수상자 '존 폰 노이만'과 '유진 위그너'가 특정 조건에서 에너지 손실 없이 파동을 가둘 수 있는 '연속체 내 속박 상태(이하 BIC)' 이론을 제시하면서 지금까지 이어져 오고 있다.
이 이론은 마치 강물이 흐르고 있음에도 특정한 지점에 소용돌이가 생겨 물이 계속 그 자리에서 맴도는 현상과 유사한데, 과학계에서는 이 현상이 단일 입자 수준에서는 존재할 수 없다고 여겨왔다.
연구팀은 100년간 이어진 이 같은 이론적 한계를 깨고, 단일 입자 내에서도 BIC를 실현할 수 있음을 증명했다.
연구팀은 원통형 고체 입자로 구성된 과립 결정을 만들고, 입자간 접촉면을 정밀하게 조절해 파동의 결합 정도를 조정했다.
그 결과 특정 조건에서 외부로 에너지 방출이 차단되는 '편광 보호 BIC'가 만들어졌고, 이를 적용했을 때 1천 이상의 품질 계수를 기록할 정도로 뛰어난 성능을 보였다.
품질 계수는 공진기가 에너지를 얼마나 잘 가두는지 나타내는 지표로, 수치가 높을수록 에너지 손실이 적다는 의미다.
포스텍 노준석 교수는 "100년 가까이 이어져 온 이론의 한계를 깼다"며 "아직 물리 현상에 대한 기초연구 단계지만, 에너지 수확 기술 및 초고감도 센서, 통신 기술 등 다양한 분야에서 중요한 마중물이 될 것으로 기대된다"고 했다.
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