여러분이 소설 해리포터의 마법 세상에 들어갈 수 있게 된다면 가장 갖고 싶은 아이템은 무엇인가요? 마법 지팡이, 투명망토, 하늘을 나는 빗자루가 가장 인기일 것 같아요. 한 가지 좋은 소식을 알려드리자면, 지팡이와 빗자루는 몰라도 투명망토는 현실에서도 만날 수 있을 것 같습니다. 국내 연구진이 빛의 경로를 정밀하게 조절하는 ‘벌크 메타물질’ 만들기에 성공했는데, 이 기술을 발전시키면 투명망토를 만들 수도 있다고 합니다. 

빛이 지나가는 방향에 어떤 사물이 있으면 빛은 사물에 부딪혀 튕겨 나오거나 흡수될 수도 있고 사물을 그대로 통과할 수도 있습니다. 진행하던 빛이 사물에 튕겨 나오는 것을 ‘반사’라고 합니다. 우리가 어떤 물체를 본다는 것은 사실 사물에 반사된 빛을 본다는 의미에요. 예를 들어, 눈앞에 있는 사과에서 튕겨 나온 빛이 우리 눈에 들어오면 그 자리에 사과가 있다는 것을 알아차리게 되는 것이지요. 만약 어떤 신비한 사과에 빛을 흡수하는 성질이 있다면 빛이 반사되는 주변보다 어둡게 보여 그 사과의 존재를 확인 할 수 있습니다. 

빛이 물체를 통과한는 것은 ‘투과’라고 해요. 빛은 투과하는 매질의 종류에 따라서 다른 속도로 진행합니다. 그래서 한 매질에서 다른 매질로 넘어가는 경계에서 진행 방향이 꺾이는데, 이 현상을 ‘굴절’이라고 합니다. 유리잔 속의 빨대가 꺾인 것처럼 보이는 것이 굴절의 대표적인 현상이에요. 

메타물질은 빛의 굴절과 반사를 조작하여 우리 눈이 그 자리에 사물이 있다는 사실을 알아차리지 못하게 만듭니다. 이는 메타물질의 특수한 성질을 활용한 것입니다. 메타물질은 자연계의 모든 물질과 완전히 다른 ‘음(-)의 굴절률을 갖게 만들어졌는데요, 이 특이한 굴절률은 메타물질을 만난 빛을 휘돌아가게 만듭니다. 마치 돌멩이를 휘돌아가는 시냇물처럼요! 이렇게 비정상적으로 휘어진 빛은 메타물질이 감싸고 있는 물체가 아니라 그 뒤에 있는 물체에만 반사되기 때문에 우리 눈은 뒤편에 있는 물체만 알아채게 되는 것이지요. 

사실 이전에도 메타물질에 대한 개발은 여러 차례 이루어졌지만, 주로 눈에 보이지 않는 작은 크기의 나노소재를 이용하여 다양한 변형이 어려웠습니다. 또한 주로 2차원 형태로 한정되어 3차원적 성질로 나타나지 못했습니다. 하지만 이번에 국내 연구팀이 개발한 질화 보론과 흑연 층의 교차적층법을 기반으로 만든 벌크 소재는 3차원 모든 방향에서 메타물질의 성질을 보일 수 있어 실용화에 새로운 가능성을 제시했습니다. 

문제 1) 윗글을 읽고 이해한 내용으로 적절한 것을 고르세요.    

① 우리는 빛을 흡수하는 사물의 존재를 알아차릴 수 없다.    
②벌크 메타물질 이전에도 메타물질에 대한 연구가 이루어진 적이 있다.    
③ 자연계에 존재하는 대부분의 물질은 ‘음(-)의 굴절률’을 갖는다.

문제 2) 빛은 메타물질을 통과하면서 (                   ) 된다.    

① 흡수    
② 반사    
③ 굴절 

문제 3) 벌크 메타물질로 투명망토를 만들 수 있는 이유는 무엇인가요?    

① 벌크 메타물질이 빛을 강하게 굴절시켜 망토 속에 감추어진 물체에 빛이 반사되는 것을 막기 때문이다.    
② 벌크 메타물질은 빛을 흡수하는 성질이 있기 때문이다.    
③ 벌크 메타물질에 반사된 빛은 우리 눈에 도달하지 않기 때문이다. 

정답 : 1)②  2)③   3)①