Controlling Terahertz Radiation with Nanoscale Metal Barriers Embedded in Nano Slot Antennas

최근에 파장이 수 밀리미터인 테라헤르츠파 영역의 빛을 수십 나노미터 크기의 금속 나노 구멍(slit)안에 집속시켜서 빛의 세기를 1억배까지 증폭시키는 실험이 활발히 진행되어 왔다. 이러한 성질을 응용하여 본 연구에서는 공명주파수를 지닌 금속 나노 구멍(Nano slot antenna) 안에 수백 나노미터에서 수 나노미터 두께의 금속막(metallic barrier)을 놓았을 때 테라헤르츠파의 투과 공명 현상을 완벽하게 제어할 수 있음을 보였다.

김대식 교수 연구팀에서는 Focused ion beam 장비를 이용하여 두 개의 동일한 공명주파수를 가지는 나노 슬롯 안테나(Nano Slot Antenna)를 근접시켜서 5 nm 두께의 얇은 금속막을 제작하였다. 두 슬롯 안테나 사이의 거리가 금속의 침투 깊이(skin depth)보다 1/20 이하로 얇아질 때 안테나 사이의 상호작용이 증가하면서 투과 공진주파수는 2배 길이의 슬롯 안테나의 공진주파수로 수렴하게 된다. 본 연구진은 이 금속막의 두께를 미세하게 조절함으로써 테라헤르츠파의 투과 공명주파수를 제어하였다.

본 연구의 결과는 앞으로 테라헤르츠파와 금속 나노구조물을 이용하여 나노미터 크기의 단일분자(single molecule)나 단일층(single layer) 물질들을 연구하는데 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

ACS Nano, 2011, 5 (10), pp 8340–8345
DOI: 10.1021/nn2031885
Publication Date (Web): September 30, 2011