메타표면(2023년 12월 조사)(일본어판)

◆조사개요

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E plus 2024년 1월호에 게재된 내용입니다.

~저손실로 투과율·굴절률을 폭넓게 제어할 수 있는 메타표면은

테라헤르츠파를 이용하는 Beyond 5G에 빼놓을 수 없는 디바이스가 된다~

​

1. 일약 각광받았던 메타표면

2. 메타표면이란?

3. 메타표면의 특징

4. 메타표면 응용분야

4-1. 광학

4-2. 무선통신

4-3. 센싱

4-4. 에너지

4-5. 우주

4-6. 군사

5. 메타표면에 관한 시장규모

【그림·표1. 메타표면의 일본 및 세계 시장규모 추이와 예측

(금액: 2020-2040년 예측)】

【그림·표2. 메타표면 응용분야별 세계 시장규모 추이와 예측

(금액: 2020-2040년 예측)】

6. 메타표면에 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

6-1. 국립대학법인 오사카대학

(1)금속 메타표면에 의한 흡수와 반사 제어

(2)유전체 메타표면

6-2. 국립대학법인 쓰쿠바대학

(1)표면 플라즈몬의 펨토초 시간 분해 이미징을 통해

빛의 파동의 움직임을 포착하다

【그림1. 표면 플라즈몬의 모식도】

(2)인공물질 나노원자의 광응답을 100조분의 1초 시간분해능으로 가시화

【그림2. 본 연구에 이용한 실험방법의 개략도】

【그림3. 나노공진기를 통과하는 표면 플라즈몬 파속의

시간분해 영상의 스냅샷】

【그림4. 나노공진기 공명진동수의 '이조'에 의한 통과파속

시프트 제어】

6-3. 국립대학법인 도쿄대학

(1)광학 메타표면을 이용한 소형·고속편파수신기 개발

(도쿄대학/NICT 공동 보도자료【1])】

【그림5. 광학 메타표면을 이용한 수직 입사형 편파 수신기의 모식도(왼쪽)와

시제작한 메타표면의 SEM 상(우)】

【그림6. 메타표면에 의한 편파분리】

【그림7. 시제작한 소자를 이용한 셀프 코히어런트 신호광 수신 결과】

(2)메타 서피스를 이용한 공간·편파 다중 간섭 수신기 개발

【그림8. 새롭게 제안된 표면 입사형 멀티코어 DP 코히어런트 수신기】

6-4. 국립대학법인 도호쿠대학

(1)6G 차세대 통신을 위한 테라헤르츠파 투과성·위상 가변 메타물질 개발

【그림9. 개발한 튜너블 필터의 기본 구조 모식도】

【그림10. 제작한 메타물질 단위 구조부의 SEM 상】

(2)6G 통신용 전파제어 재료로서 저렴하고 대량생산 가능한

3차원 벌크 메타물질 개발

【그림11. 3차원 벌크 메타물질 외관 사진(a)과 확대 사진(b)】

(3)6G용 투과형 메타물질로 테라헤르츠파의 전파방향을

광각으로 제어가능한 전파편향 제어기술 개발

【그림12. 제작한 투과형 메타물질의 광학현미경 사진】

(4)다른 응용 프로그램 사례

①로봇팔용 메타물질

【그림13. 표면 플라즈몬 공명에 의한 광흡수를 이용한

초고감도 광학식 포스센서 모식도】

②스마트폰 및 모바일 단말용 메타물질

【그림14. 메타물질 컬러필터를 이용한 초소형 분광기】

③열차폐 메타물질

【그림15. 2차원 주기 구조를 가진 메타물질(위)과

그 투과·반사 스펙트럼】

④바이오메디컬용 메타물질

【그림16. 회전대칭 메타물질을 이용한 고감도 굴절률 센서와

DNA 라벨 프리 검출】

⑤가시광용 유전체 메타물질

【그림17. 메타머티리얼 입자에 미치는 수소 어닐링의 효과】

(5)메타물질 연구혁신거점(Meta-RIC)

6-5. 국립대학법인 미에대학

【그림18. 2.4GHz에서 높은 흡수를 나타내는 저반사 메타물질 설계】

【그림19. 수치 시뮬레이션에 의한 소자의 설계】

【그림20. 시뮬레이션 결과】

【그림21. 마이크로파 측정 실험 샘플(좌)과 모식도(우)】

6-6. 국립연구개발법인 이화학연구소

(1)메타렌즈

【그림22. GaN제 메타렌즈】

(2)「흑」을 만들다

【그림23. 메타물질 흡수체의 모식도(좌).

MgF2갭층으로 분리된 Au필름 상의 Au마이크로리본(50nm)으로

구성된 메타물질 흡수체 MIM(금속/절연체/금속)의 단면도(우)

(3)적외선 분광법(FT-IR)

①고체 샘플

【그림24. FT-IR에 제공한 단분자 박막 고체 샘플(좌)과 FT-IR 결과(우)】

②액체 샘플

【그림25. FT-IR에 제공한 액체 샘플】

③기체 샘플

【그림26. 2D MIM 구조에서 3DMIM 구조로 핫스팟 밀도가

증가함으로써 감도 향상을 도모한 기체 샘플용 MIM 구조】

7. 메타표면의 장래 전망