대칭적인 유전체 메타표면에서 나타나는 가시광선 영역의 높은 품질계수 공명 모드

초록

유전체 메타표면의 미 공명 모드는 광발광 및 비선형 광학 현상 등 빛과 물질의 상호작용을 증폭하는데 활용이 될 수 있으며, 증폭되는 정도는 공명 모드의 품질계수에 강하게 의존한다. 메타표면에서 높은품질계수의 공명 모드를 얻는 가장 잘 알려진 방법은 대칭적인 진동자에 미세한 비대칭성을 도입하여연속체 속 속박상태를 깨는 것이다. 다만 이와 같은 방법으로 메타표면을 제작하는 것은 기술적으로매우 어려울 뿐 아니라 유도되는 근접장의 분포가 매우 복잡해지는 단점이 있다. 본 연구에서는 완전히대칭적인 형태의 진동자로 이루어진 메타표면에서도 높은 품질계수의 공명 모드가 나타날 수 있음을보이고 이를 분석하였다. 정사각형 도넛 모양의 진동자에서 양변의 길이와 구멍의 크기를 조절하면품질계수를 조절할 수 있음을 확인했으며, 최대 243,290의 품질계수를 이론적으로 얻을 수 있었다. 이처럼높은 품질계수는 2차원 구조에서 발생하는 토로이드 쌍극자와 자기 사중극자 사이의 상쇄간섭으로 인해연속상태 내 속박상태가 형성되기 때문임을 확인하였다.

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