화학연 가재원 박사와 경북대 김학린 교수 연구팀은 광역학 메커니즘을 활용한 비확산형 홀로그램 기록 소재를 개발, 학술지 '어드밴스드 포토닉스 리서치(Advanced Photonics Research)'에 최근 공개했다. 

실감나는 입체 영상을 구현하는 홀로그램은 메타버스나 확장현실의 핵심 기술 중 하나이며, 홀로그램을 기록하는 소재는 아직 한계가 있는 상황이고, 은염 소재는 필름 카메라의 사진 인화 작업과 같은 습식 공정이 필수적이라 대량 제작이 쉽지 않다. 

빛에 노출되면 굳는 포토폴리머 소재는 건식 공정이지만 극소수 외국 기업이 독점하고 있고, 또 홀로그램 기록 과정에서 광반응성 화합물의 확산 과정이 수반돼야 하기 때문에 응용 분야를 확대하기 어려우며, 확산 과정이란 레이저를 맞은 부분과 맞지 않은 부분 사이의 단량체 농도 차이가 발생해 맞지 않은 부분에서 맞은 부분쪽으로 단량체의 이동이 일어나는 것을 말한다.

단량체 확산을 위해 내열성이 낮은 고분자를 쓰기 때문에 군사나 자동차 등 열에 견뎌야 하는 환경에 쓰기 어려우며, 연구팀은 기존 소재의 이러한 단점을 보완, 광반응성 화합물의 확산 과정이 수반되지 않는 간단한 조성의 광역학 메커니즘 기반 홀로그램 기록 소재를 개발했다. 

홀로그램은 조성물을 필름화해 홀로그래픽 광학부품으로 '기록'하는 과정을 거친다. 연구팀은 ▲적색, 녹색, 청색 등 특정 파장의 레이저 빛에 반응하는 광민감성 물질 ▲빛의 투과도나 굴절율을 바꾸는 수용체 ▲이 둘이 고르게 분포된 필름을 만들 고분자 매트릭스 등 3가지 구성 성분을 활용해 새로운 조성물을 개발했다. 

개발한 조성물의 광민감제는 레이저를 쏘면 반응성이 매우 큰 활성산소종을 만들어 주변의 수용체와 빠르게 반응, 수용체의 구조를 변화시키고 레이저를 맞지 않은 부분과 차이가 발생한다. 이러한 원리로 필름에 홀로그램을 기록할 수 있다.

이렇게 개발한 조성물 필름에 홀로그램을 기록하면, 얇으면서 다양한 기능을 가진 홀로그래픽 광학부품으로 응용 가능하다. 조성물의 구성 성분이 세 가지로 간단하고, 반응물질의 확산 과정이 불필요해 손쉽게 홀로그래픽 광학부품용 소재로 활용할 수 있다고 연구진은 설명했다.