광학적 쌍등방성 물질을 발견하고 이를 나노광학적으로 제어할 수 있을까?

초록

빛과 매질의 상호작용은 많은 경우 선형적으로 이루어진다. 이때 만약 매질이 공간 또는 시간 대칭성을 가지고 있지 않을 경우, 매질의 전기적 편극은 전기장뿐 아니라 자기장에 의해 유도될 수 있으며, 매질의 자기화는 자기장뿐 아니라 전기장에 의해 유도되는 것이 가능하다. 이러한 매질을 쌍등방성(bi-isotropy)을 가진다고 하고, 공간 대칭 깨짐에 의한 쌍등방성을 카이랄성, 시간 대칭 깨짐에 의한 쌍등방성을 비상환성이라고 한다. 이러한 쌍등방성은 1900년 전후로 뢴트겐, 퀴리, 디바이에 의해 제안되었지만, 광학 주파수 영역에서 쌍등방성을 가지는 물질은 100년이 넘게 지난 아직까지도 발견되지 않고 있다. 또한 자연에 없는 광학적 성질을 가지는 인공구조인 메타물질 연구에서도 광학 주파수 쌍등방성은 구현된 바 없다. 이번 과학난제도전 컨퍼런스에서는 이러한 광학적 쌍등방 물질/메타물질을 발견하고 이를 나노광학적 방법을 통해 제어하는 아이디어에 대해 소개할 것이다.