원자 3개 두께에 불과하는 초박막 렌즈

(A diagram of the new lens, the thinnest ever. Credit: Ludovica Guarneri and Thomas Bauer)

스탠포드 대학과 암스테르담 대학의 과학자들이 원자 3개 두께에 불과한 렌즈를 개발했습니다. 연구팀은 이 기술이 선택적으로 빛을 모으거나 통과시켜 가상 현실이나 증강현실 안경이나 콘텍트 렌즈 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

우리가 일반적으로 보는 렌즈는 유리처럼 투명한 물질을 오목하거나 볼록하게 만들어 빛을 한 곳에 모으는 방식으로 만들어집니다. 하지만 이런 형태의 렌즈는 어쩔 수 없이 두께가 두꺼워질 수밖에 없습니다. 이에 대한 대안으로 나온 것이 프레넬 렌즈(Fresnel lens)입니다. 프레넬 렌즈는 여러 개의 동심원 형태로 렌즈를 깍아 두께를 얇게 만들면서도 빛을 한쪽 방향으로 나가게 만든 것으로 등대에서 빛을 모으는 렌즈에 흔히 사용됩니다.

프레넬 렌즈 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5937537&cid=60217&categoryId=60217

(프레넬 렌즈와 일반 렌즈의 단면 비교. 출처: 위키피디아/publid domain)

연구팀은 이황화텡스텐 (tungsten disulphide) 원자를 동심원으로 배치해 두께가 0.6nm에 불과한 렌즈를 만들었습니다. 이 초박막 나노 렌즈의 또 다른 특징은 붉은색 파장만 흡수해서 익사이톤 (exciton)이라는 상태가 된 후 다시 광자를 내놓는 특징을 지니고 있다는 것입니다. 결국 특정 파장의 빛만 간섭하기 때문에 스마트 안경이나 렌즈에 적용하면 시야를 전혀 가리지 않고 정보를 표시할 수 있습니다.

물론 실제 상용화 여부는 아직 말하기 이르지만, 2016년에 세운 6nm 두께 렌즈를 뛰어넘는 기록으로 역대 가장 얇은 렌즈로 기록될 것으로 보입니다. 아마도 이 기록은 다시 깨기가 쉽지 않아 보이지만, 누군가는 도전할 것입니다.

참고

https://newatlas.com/physics/worlds-thinnest-lens-three-atoms-thick/

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c00694

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