국내연구진, 음향·탄성 결합해 '연속준위 내 속박상태' 규명

포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수. 포스텍 제공

국내 연구팀이 음향과 탄성을 결합한 구조체를 이용해 '연속준위 내 속박상태(bound state in the continuum, 이하 BIC)' 현상을 최초로 규명했다.

BIC란 속박에너지보다 큰 연속준위에너지를 갖는 전자가 공간적으로는 속박된 양자역학적상태를 말한다.

5일 포스텍(포항공과대학교)은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 이동우·박정훈·김석우 씨 연구팀이 음향과 탄성을 결합해 BIC 현상을 규명했다고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구에서 '음향'과 '탄성'에 의한 BIC 현상을 확인하기 위해 실험을 설계했다. 막대기 모양의 탄성 바를 제작한 후, 가진기(shaker)를 이용해 탄성 바가 진동하게 만들었다. 그리고 탄성 바의 특정한 위치에 공기를 주입해 음향과 탄성 간의 결합 효과를 발생시켰다.

탄성 진행파의 주파수가 음향 구멍에서 생성된 공진 주파수와 비슷해질 때, 상호작용이 강하게 일어나면서 진행 중인 탄성파를 모두 반사했다. 다시 말해, 탄성파가 앞으로 나아갈 공간이 있음에도 불구하고 마치 거울에 부딪힌 것처럼 왔던 방향으로 되돌아가 특정 공간에 무한히 속박된 것이다.

BIC 현상과 관련된 연구가 많이 진행되고 있지만, 음향과 탄성을 결합해 규명한 것은 이번이 처음이다.

노준석 교수는 "이번 연구를 통해 음향과 탄성 결합 효과를 바탕으로 진동 집속과 에너지 저장소로 그 적용 범위를 확대할 수 있을 것이다"라며 "특정 주파수를 거르는 필터나 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 에너지 수확(Energy harvesting)의 효율을 높이는 연구에 활용될 것"이라는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 역학 분야에서 세계적으로 영향력이 높은 학술지 'Extreme Mechanics Letters(익스트림 메캐닉 레터스)'에 게재됐다.

전준혁기자 jjh@yeongnam.com

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