With the metamaterials, artificial optical materials are overcoming the limit of natural
materials. The negative refractive index of metamaterial that is not exist in natural
materials is already realized by several groups. As the expansion of realizable index of
refraction in metamaterial, high positive refractive index have been realized in terahertz
frequency regime with high permittivity and near unity permeability. Also, metamaterials
with polarization independent high refractive index and tuned resonance frequency have
been realized. The metamaterial structures were made of gold/chromium with optical
lithography method. The metal patterns were embedded on a polyimide polymer substrate.
The fabricated samples were measured with THz Time Domain Spectroscopy method. The Ishaped metamaterials have 11.8 quasi-static index of refraction for single layer sample. The max index of refraction is 33.22 at 0.851 THz for five layer sample. The I shaped metamaterial showed high refractive index with big polarization dependency. A folded symmetric metamaterial showed high refractive index with polarization independency. The metamaterials that have n-inner loops per single side inside them have n times larger resonance frequency with respect to the one that have no inner loops. The strong interaction between unit cells of metamaterials in same layer realize the unnatural high refractive index.
메타물질은 자연계에 존재하는 물질들의 광학적 성질의 한계를 극복할 수 있는 방안을 제시하였다. 메타물질의 개념이 처음 소개된 이후, 자연계에 존재하지 않는 음의 굴절률에 대한 연구를 필두로 메타물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 메타물질의 응용범위를 더욱 확장하기 위하여 매우 큰 양의 굴절률을 갖는 메타물질에 대한 연구를 진행하였다. 높은 양의 굴절률은 높은 유전율과 1에 가까운 투자율을 통해 얻어질 수 있다. 또한 기본적인 연구에서 더 나아가 편광방향에 의존성이 없는 메타물질 구조와, 그 공명 주파수의 조절에 관한 연구를 진행하였다. 메타물질은 폴리이미드 복합체를 기반으로 여러 금속으로 그 구조가 제작되었고, 테라헤르츠 영역을 목표로 설계, 제작 및 실험이 이루어졌다. 단일 층 I 자 형태의 메타물질은 준 정전영역에서 11.8의 굴절률을 보였고, 최대 굴절률은 공진주파수인 0.851THz 근처에서 33.22로 다섯층 메타물질에서 얻어졌다. 또한 I자 형태의 메타물질은 높은 이방성을 가진다. 등방성을 갖는 메타물질은 접힌 회전 대칭 구조를 갖는 단위구조체로 구현이 가능하고 이를 제안, 실증하였다. 메타물질의 고유진동수는 단위구조체 내부에 유도전류가 흐를 수 있는 작은 고리 형태의 구조를 추가하여 조절이 가능하다. 이를 확인하기 위해 n개의 내부 고리를 가지는 메타물질의 공진 주파수를 측정하였고, 그 결과 기본형태의 메타물질에 비해 n배 큰 공진주파수를 가짐을 확인하였다.
