KR102372569B1 - 전기적 튜닝가능 메타표면 구현 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법은 전기적 튜닝가능 메타표면을 구현한다. 일 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이는 미러링된 표면과, 전도층과, 유전층 - 상기 전도층 및 유전층은 직접 접촉하여, 전도체-유전체 계면을 형성함 - 과, 복수의 서브파장 안테나 요소와, 적어도 하나의 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간에 전위차를 구축하도록 구성되는 전력원을 포함하되, 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간의 전위차는 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 대응 영역에 전기장을 인가하고, 상기 유전층, 전도층, 및 서브파장 안테나 요소들 각각의 기하구조 및 물질 조성과 연계하여 가해지는 전기장에 의해, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이가, 입사 전자기파의 전파 특성을 측정가능하게 증강시킬 수 있다.　

Description

전기적 튜닝가능 메타표면 구현 시스템 및 방법 {SYSTEMS AND METHODS FOR IMPLEMENTING ELECTRICALLY TUNABLE METASURFACES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2014년 3월 6일 출원된 미국특허가출원 제61/948,810호에 기초한 우선권을 주장하며, 그 내용 전체는 본 발명에 포함된다.　
연방 자금지원서
본 발명은 공군에서 결정된 FA9550-12-1-0488 및 FA9550-12-1-0024 하의 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권리를 가진다.　
발명의 분야
본 발명은 일반적으로, 전기적으로 튜닝가능한 메타표면의 구현에 관한 것이다.　
메타물질은 일반적으로, 파동의 파장보다 짧은 수준의 특성 길이를 가진 구조적 요소들의 반복 패턴을 특징으로 하는 인공 합성 물질을 의미한다. 예를 들어, '포토닉 메타물질'('광학 메타물질'로도 알려져 있음) - 가시광의 전파를 제어하는 기능을 함 - 은 나노미터 수준의 특성 길이를 가진 구조적 요소들을 포함하며, 이에 반해 가시광의 파장은 수백 나노미터 수준이다. 직관에 크게 반하지만 실용적인 광학적 특성을 가진 이러한 물질의 개발에 많은 연구가 진행되었고, 예를 들어, 음의 굴절률을 가진 메타물질이 개발되어 많은 연구의 주제가 되고 있다.　
'메타표면'은 서브파장 구조물의 반복 패턴을 특징으로 하는 한 2차원 메타물질로 간주될 수 있고, 메타물질과 동일한 장점들 다수를 제공할 수 있다. 게다가, 메타표면은 많은 경우에 메타물질에 비해 더 유리할 수 있다. 예를 들어, 메타표면은 메타물질에 비해 더 효율적으로 광을 투과하도록 만들어질 수 있다.
발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법은 전기적 튜닝가능 메타표면을 구현한다. 일 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이는 미러링된 표면과, 전도층과, 유전층 - 상기 전도층 및 유전층은 직접 접촉하여, 전도체-유전체 계면을 형성함 - 과, 복수의 서브파장 안테나 요소와, 적어도 하나의 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간에 전위차를 구축하도록 구성되는 전력원을 포함하되, 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간의 전위차는 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 대응 영역에 전기장을 인가하고, 상기 유전층, 전도층, 및 서브파장 안테나 요소들 각각의 기하구조 및 물질 조성과 연계하여 가해지는 전기장에 의해, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이가, 입사 전자기파의 전파 특성을 측정가능하게 증강시킬 수 있다.　
다른 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면은, 적어도 하나의 다른 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간에 제 2 전위차를 구축하도록 구성되는 제 2 전력원을 더 포함한다.　
또 다른 실시예에서, 상기 전력원은 복수의 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간에 복수의 전위차를 구축하도록 구성된다.　
또 다른 실시예에서, 유전층, 전도층, 및 서브파장 안테나 요소들 각각의 기하구조 및 물질 조성과 연계하여 가해지는 전기장에 의해, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이가, 10 ㎛ 미만 파장을 특징으로 하는 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 포함되는 입사 전자기파의 전파 특성을 측정가능하게 증강시킬 수 있다.　
또 다른 실시예에서, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 근적외선 전자기파의 파장과 대략 대응하는 파장보다 짧거나 같은 파장을 가진 전자기파를 특징으로 한다.　
추가의 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면의 일 영역이 전기장에 노출될 때, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 포함되는, 반사된 입사 전자기파가, 인가된 전기장의 크기에 기초하여 위상 변이를 나타낸다.　
또 다른 실시예에서, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 근적외선 전자기파의 파장과 대략 대응하는 파장을 가진 전자기파를 특징으로 한다.　
또 다른 실시예에서, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 가시광의 파장과 대략 대응하는 파장보다 짧거나 같은 파장을 가진 전자기파를 특징으로 한다.　
또 다른 실시예에서, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 가시광의 파장과 대략 대응하는 파장을 가진 전자기파를 특징으로 한다.　
다른 실시예에서, 전도층은 나이트라이드-계 물질, 은, 구리, 골드, 알루미늄, 알칼리 금속, 합금, 투명 전도 합금, 및 그래핀 중 하나를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 전도층은 인듐 틴 옥사이드를 포함한다.　
또 다른 실시예에서, 유전층은 유전 옥사이드(dielectric oxide)를 포함한다.　
또 다른 실시예에서, 유전층은 알루미늄 옥사이드를 포함한다.
추가의 실시예에서, 상기 미러링된 표면이 골드를 포함하고, 상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 골드를 포함한다.　
또 다른 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 일 영역이 전기장에 노출될 때, 상기 영역 내의 전도체-유전체 계면에서의 전하 운반체 농도가 인가되는 전기장 크기에 기초하여 변경되고, 상기 변경에 의해 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 있는, 반사된 입사 전자기파의 위상 변이가 나타난다.　
또 다른 실시예에서, 1x1019cm-3　로부터 1x1021cm-3　까지 전하 운반체 농도 변화가, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 있는, 반사된 입사 전자기파의 위상을 적어도 2π만큼 변이시키기에 충분하다.　
또 다른 실시예에서, 상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 봉-형상 기하구조에 순응한다.　
다른 실시예에서, 상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 V-형상 기하구조에 순응한다.　
또 다른 실시예에서, 상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 스플릿 링 기하구조에 순응한다.　
또 다른 실시예에서, 상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 2개는 상기 전원에 연결된 동일 전도 요소에 연결된다.　
또 다른 실시예에서, 서브파장 안테나 요소들의 로우(rows)가, 전원에 연결된 각자의 전도성 요소에 연결된다.　
도 1a-1b는 종래 기술의 메타표면을 도시한다.　
도 2a-2b는 입사각의 함수로 메타표면 리플렉트어레이 및 그 반사각을 도시한다.　
도 3a-3b는 발명의 소정의 실시예에 따라, 봉-형상 서브파장 안테나 요소들을 포함하는, 전기적으로 튜닝가능한 메타표면 리플렉트어레이를 도시한다.
도 4는 발명의 소정의 실시예에 따라 메타표면 내에 구현될 수 있는 전향 물질(prospective material)을 도시한다.　
도 5a-5c는 골드 서브파장 안테나 요소들의 어레이, ITO-Al2O3　인터페이스, 및 골드 미러를 포함하는 전기적 튜닝가능 메타표면을 도시하며, 이 경우 서브파장 안테나 요소들의 로우(rows)가 발명의 소정의 실시예에 따라 동일 전위로 유지된다.　
도 6은 발명의 소정의 실시예에 따라 하부-게이팅된 전기적 튜닝가능 메타표면을 도시한다.　
도 7a-7c는 발명의 소정의 실시예에 따라 이용될 수 있는, 전위차 인가로 공진 스플릿을 보여주는 데이터를 도시한다.
도 8a-8b는 발명의 소정의 실시예에 따라 전하 운반체 농도 및 파장의 함수로 반사 및 위상 변이가 어떻게 변하는 지를 도시한다.　
도 9a-9b는 발명의 소정의 실시예에 따라 전하 운반체 농도의 함수로 반사 및 위상 변이가 어떻게 변하는 지를 도시한다.
이제 도면을 참조하여, 전기적 튜닝가능 메타표면을 구현하는 시스템 및 방법이 예시된다. 많은 실시예에서, 전기적 튜닝가능 메타표면은 가시광 및/또는 근적외선(니어-IR)광 수준의 파장을 가진 전자기파를 포함한(그러나 이에 제한되지 않는) 반사 전자기파 및/또는 투과 전자기파의 위상 및/또는 진폭을 제어하도록 전계-광학적 튜닝가능한 복합 유전 기능을 가진 서브파장 안테나 요소들의 어레이를 포함한다. 수많은 실시예에서, 이러한 메타표면은 광학적 빔형성기를 구현하는데 사용된다.　
메타물질 및 메타표면은 전자기파의 견고한 제어를 위한 다양한 전위를 갖는 것으로 간주된다. 그러나, 이 분야의 진보 중 많은 부분이, 발생되는 전자기적 응답으로 크게 고정되어 있는, 그리고, 제한된 대역폭에서 작동하도록 구성되는, 메타표면으로 국한되고 있다. 결과적으로, 발생되는 전자기적 응답을 제조-후 동적으로 제어할 수 있게 하는 "튜닝가능" 메타물질/메타표면을 개발하는 것에 많은 관심이 모아지고 있다. 특히, 근적외선파 및 가시광과 대응하는 파장을 가진 전자기파를 조작하도록 구성되는 튜닝가능 메타물질/메타표면을 발전시킬 수 있는 부분에 관심이 모아지고 있다. 일반적으로, 근적외선파의 파장 또는 그 이하의 파장을 가진 전자기파로부터 발원하는 반사 및 굴절파를 제어할 수 있는 것이 유용할 것이다. 따라서, 예를 들어, "Highly Strained Compliant Optical Metamaterials with Large Frequency Tunability," to Pryce et al. (Nano Lett .　2010, 10. 4222-4227, DOI:10.1021/nl102684)에서는 공진 요소들 간의 거리를 제어가능하게 수정하도록 탄성중합체 기판의 기계적 고-응력변형을 이용하여, 광학 주파수에서 공진 선폭보다 큰, 대략 400nm의 파장 튜닝가능성을 가진 순응성 메타물질을 개시한다. "Highly Strained Compliant Optical Metamaterials with Large Frequency Tunability"의 개시내용은, 특히, 전자기적 응답 특성을 튜닝하도록 메타물질 변형에 관한 것이기에, 그 전체가 본 발명에 포함된다.　
이에도 불구하고, 많은 실제 응용예에서, 요망되는 전자기적 응답 특성을 실현하기 위해 기계적 변형에 의존해야하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 더욱이, 많은 예에서, 메타표면의 전자기적 응답의 훨씬 더 미묘한 제어를 가능하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 많은 예에서, 메타표면 내에서 전자기적 응답 특성을 국부적으로 제어할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 추가적으로, 지금까지 발전되어온 가시광에 대해 작동하도록 구성된 메타표면들 중 상당수가 광학적으로 비효율적임을 언급할 필요가 있다. 예를 들어, 많은 기존 광학적 메타표면들은 10% 미만의 광학적 효율을 가진다. 알다시피, 개선된 광학적 효율을 가진 메타표면을 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 이어지는 논의 중 상당수가 개선된 광학적 효율을 실현하기 위해 광 반사에 사용되는 메타물질을 설명함에 반해, 동적으로 튜닝가능한 굴절률을 가진 굴절형 메타표면을 생성하는데 유사한 기술이 이용될 수 있음을 이해하여야 한다.　
따라서, 발명의 많은 실시예에서, 가령, 근적외선 및 가시광을 포함한, 10 ㎛ 미만의 파장을 가진 전자기파에 응답하도록 구성되는 튜닝가능 메타표면이 구현되며, 이 경우 국부화된 전기장을 이용하여, 메타표면의 국부화된 전자기적 응답 특성을 조작할 수 있다. 추가적으로, 발명의 많은 실시예는 개선된 광학적 효율을 가진 메타표면을 구현한다. 알다시피, 이러한 견고한 메타표면은 다양한 응용예에서 실제로 구현될 수 있다. 예를 들어, 많은 실시예에서, 광학적 빔형성 메타표면이 구현된다. 다수의 실시예에서, 설명되는 견고한 메타표면을 이용하여 홀로그래피를 실현할 수 있다. 여러 실시예에서, 설명되는 견고한 메타표면을 이용하여 애니메이션화된 홀로그래피를 실현할 수 있다. 많은 실시예에서, 설명되는 견고한 메타표면을 이용하여 클로킹 장치(cloaking devices)를 실현할 수 있다. 게다가, 설명되는 견고한 메타표면은 이러한 견고한 파면 형성 기능으로부터 잇점을 얻을 수 있는 다양한 응용예에서 구현될 수 있다. 메타표면의 구조의 상세한 설명을 제시하기 전에, 메타표면 현상의 바탕이 되는 물리학의 개론이 이제 아래에서 제시된다.　
일반적으로 알려진 메타표면 물리학
본 출원의 주제인 튜닝가능 메타표면을 논의하기 전에, 메타표면 현상을 지배하는 일반적으로 알려진 물리학 일부를 살펴보는 것이 유용하다. 메타물질/메타표면 현상을 논의할 때, 스넬(Snell)의 법칙의 일반화된 버전을 흔히 이용하여 전자기 응답을 모델링할 수 있다. 굴절에 대한 스넬의 법칙의 일반화된 버전은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112016092265847-pct00001
여기서,　
n i 는 입사광이 통과하는 제 1 매질의 굴절률이고,
n t 는 입사광이 통과하는 제 2 매질의 굴절률이며,
θ i 는 입사광의 입사각이고,　
θ t 는 광이 제 2 매질을 통과할때 굴절되는 광의 굴절각이며,　
dφ/dx는 입사 평면에서의 광파의 위상 변화를 특징으로 하고,　
λ 0 는 입사광의 파장이다.　
마찬가지로, 반사에 대한 스넬의 법칙의 일반화된 버전은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112016092265847-pct00002
앞서와 동일한 관례를 이용하였고,　θ r 은 반사광의 반사각이다. 많은 원에서, 값 (dφ/dx)는 파-벡터로 간주된다. 많은 부분이 모멘텀 보존의 예로 스넬의 법칙의 일반화 버전을 특성화하고 있음에 또한 주목할 수 있다.　
스넬의 법칙의 일반화 버전에 대한 논의는 "Light Propagation with Phase Discontinuities; Generalized Laws of Reflection and Refraction," to Yu et al. (Science. 2011 Oct 21;334 (6054): 333-7. doi: 10.1126/science.1210713.)에서 찾을 수 있다. "Light Propagation with Phase Discontinuities; Generalized Laws of Reflection and Refraction"의 개시내용은, 특히, 스넬의 법칙의 일반화 버전에 관한 것이기에, 그 전체 내용이 본 발명에 포함된다. 입사 평면에서의 위상 변화 때문에 발원하는 굴절 및 반사는 '변칙 굴절' 및 '변칙 반사'로 각각 불릴 수 있다.　
어느 경우에도, 입사 광원으로부터 굴절 및 반사각이 입사 평면에서의 위상 변화의 함수임을 스넬의 법칙의 일반화 버전으로부터 알 수 있다. 메타표면의 작동이 일반적으로 이 현상에 의존한다. 일반적으로, 메타표면은 - 종종 서브파장 요소들 형태의 - 공진자를 이용하여, 입사광의 위상 변화(통상적으로 급격한 변화)를 야기한다. 이러한 공진자는 입사광의 진폭 및 편광을 변경시키는데 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 서브파장 안테나 요소에 의해 야기되는 위상변이(및 진폭 및 편광 응답)는 안테나의 기하구조의 함수다. 따라서, 지금까지 메타표면은, v-형상 안테나 요소, 봉, 및 스플릿 링 공진자를 포함한, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 형태의 안테나 요소들을 구현하였다. 앞서 시사한 바와 같이, 안테나 요소들은 통상적으로, 이들이 만나는 전자기파의 파장보다 훨씬 짧은 치수를 가진다.
메타표면은 표면 플라즈몬 현상 때문에 그 고유 성질을 종종 실현한다. 일반적으로, 금속 표면 근처의 자유 전자의 전하 발진인 표면 플라즈몬은 광 및 물질과의 상호작용으로부터 나타나고, 통상적으로, 전도체-유전체 계면에서 발생된다. 특정 조건 하에서, 광은 표면 플라즈몬과 결합하여 자급식, 전파되는 전자기파를 생성하고, 이는 표면 플라즈몬 폴리리톤으로 알려져 있다. 이러한 표면 플라즈몬 폴라리톤 생성은 메타표면으로 실현될 수 있는 고유 광학적 성질에 종종 관련된다. 이러한 메타표면은 플라즈몬 메타표면으로 불릴 수 있다.　
도 1a 및 1b는 요망 정도만큼 입사 적외선 전자기파의 위상을 변이시키는 기능을 보여주는 위상 어레이 안테나 요소들을 포함하는 종래 기술의 메타표면을 도시한다. 특히, 도 1a는 복수의 v-형상 위상 어레이 안테나 요소(104)들을 포함하는 메타표면(102)을 도시한다. 강조된 v-형상 안테나 요소(106)들은 '2π　위상 커버리지'를 보여주는데 사용되는 다양한 안테나 요소들을 나타낸다. 다시 말해서, 도시되는 서브파장 안테나 요소들 각각은 기본적으로 소정 정도만큼 입사 적외선 전자기파의 위상을 변이시키는 효과를 가지며, 변이 정도는 안테나 요소의 기하구조에 좌우된다. 따라서, 도시되는 8개의 서브파장 안테나 요소(106)들은 서로 다른 기하구조를 가지고, 따라서, 입사되는 파를 서로 다른 크기로 변이시킨다. 도시되는 예에서, 서로 다른 기하구조는 0 내지 2π의 크기만큼 입사파의 위상을 변이시키는 기능을 보여주며, 이러한 변이는 안테나 요소의 기하구조에 좌우된다. 안테나 요소는 대략 2 ㎛의 길이를 갖고, 따라서 안테나 요소들은 적외선 파장(가령,　λ　= 8 ㎛)을 만나도록 구성된다. 중요 사항으로서, 안테나 요소들의 기하구조가 고정되어 있기 때문에, 이들이 야기하는 각자의 위상변이가 제조-후 또한 고정된다.　
도 1b는 입사 적외선 전자기파가 안테나 어레이와 어떻게 상호작용하는지를 보여준다. 전파 방향이 변화함에 주목해야 하고, 이는 현실적으로 잘 나타나지 않는 현상이다.　
메타표면 작동의 기반이 되는 상술한 물리적 현상은 메타표면 리플렉트어레이에서도 발견할 수 있고, 그 원리는 반사광에 관련된다. 통상적으로, 이러한 메타표면은 미러 표면을 경계로하고, 이는 투과광을 효과적으로 '소거'시킨다. 주목할 사항으로서, 이러한 표면들은 고-효율이도록, 편광을 보존하도록, 그리고, 광학 주파수에서 또는 그 부근에서 작동하도록 만들어질 수 있다. 도 2a-2b는 광학 주파수에서 파장을 만나도록 구성된 종래 기술의 리플렉트어레이 메타표면을 도시한다. 특히, 메타표면(202)은 특정 위상 변이를 야기하기 위한 크기를 가진 구성 안테나 요소(204)들을 포함한다. 서브-셀(206)의 상세도가 또한 도시되어, 서브-셀이 유전층(210) 상에 배치되는 안테나 요소(208)들을 포함함을 보여주며, 유전층(210) 자체는 금속 필름(212) 상에 배치된다. 구체적으로, 도시되는 종래 기술의 구조는 골드로 제조되는 안테나 요소(208)들과, MgF2로부터 제조되는 유전층(210)과, 골드로 제조되는 금속 필름(212)을 이용한다. 금 안테나의 두께는 대략 30nm이고, 유전층 두께는 대략 50 nm이며, 골드 필름의 두께는 대략 130nm 다. 도시되는 구조의 작동 파장은 대략 850nm 다. 도 2a는 수직 입사각을 가진 광(222)으로 메타표면이 조명될 때, 반사광(224)이 - 직관에 반하여 - 소정 각도로 반사됨을 또한 보여준다. 이는 메타표면 효과다.　
도 2b는 입사각의 함수로 반사각의 플롯을 도시한다. 음영 영역(252)은 입사광이 직관에 반하여 자체를 향해 다시 반사되는 영역을 표시한다. 이 플롯은 그 위로 반사가 없는 임계각이 존재함을 보여준다.　
메타표면 물리학 및 거동의 위 개요에 기초하여, 발명의 실시예에 따라 광학적 및/또는 근-적외선파를 포함한(그러나 이에 제한되지 않는) 10㎛의, 또는 그 이하 파장의 전자기파의 전파에 대해 동적 제어를 제공하는, 광학-전기적으로 튜닝가능한 메타표면이 이제 아래에서 논의된다.　
대략 10㎛ 미만의 파장을 가진 전자기파의 전파를 제어하기 위한 전기적 튜닝가능 메타표면
많은 실시예에서, 가령, 근적외선 전자기파 및 가시광 전자기파를 포함하는, 대략 10㎛ 미만의 파장을 가진 전자기("EM")파의 전파를 제어하기 위한 전기적 튜닝가능 메타표면이 제시되며, 이 경우 메타표면의 전자기적 응답 특성을 동적으로 증강시키기 위해 전기장이 국부적으로 가해질 수 있다. 위 논의로부터 알 수 있듯이, 메타표면의 전자기 응답은 구조물의 기하구조(가령, 구현되는 공진자의 기하구조)와 강하게 상관된다. 또한 알다시피, 전자기적 응답은 메타표면의 구성 물질의 함수이기도 하다. 일반적으로, 메타표면의 구조 및 조성은 요망되는 전자기적 응답 특성을 유도할 수 있는 특정 구조/조성을 선택적으로 구현함으로써 요망되는 전자기적 응답 특성을 구현하도록 맞춤화될 수 있다. 본 발명의 많은 실시예들은, 플라즈몬 메타표면 내의 전도체-유전체 복합체의 전도체 내의 국부 운반체 농도가 메타표면의 전자기적 응답 특성에 또한 영향을 미칠 수 있다는 새로운 이해를 또한 이용한다. 따라서, 발명의 많은 실시예에서, 메타표면은 10 ㎛ 미만 파장의 전자기파에 메타표면을 응답하게 하는 배열로 전도체-유전체 계면과 서브파장 안테나 요소들의 어레이를 포함하며, 전기장 인가는 메타표면의 전자기적 응답 특성을 증강시킨다. 인가 전기장은 전도체-유전체 계면의 표면에서 운반체 농도를 변화시켜서, 결국 메타표면의 전자기적 응답 특성을 변형시킨다고 판단된다.　
예를 들어, 많은 실시예에서, 전기적으로 튜닝가능한 메타표면 리플렉트어레이가 구현된다. 예를 들어, 도 3a-3b는 봉-형상 서브파장 안테나 요소들의 어레이를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이를 도시한다. 특히, 도 3a는 봉-형상 서브파장 안테나 요소(304)들을 포함하는 메타표면(302)의 평면도를 도시한다. 도 3b는 서브파장 안테나 요소(304)를 포함하는 메타표면(302)의 단면도 일부분을 도시한다. 특히, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이는 아래에 놓인 미러를 특징으로 하며, 그 위에는 전도층이 배치되고, 그 위에는 유전층이 배치된다. 도시되는 실시예에서, 서브파장 안테나 요소가 유전층 상에 배치된다. 전기장이 메타표면에 국부적으로 인가될 때, 전자기적 응답 특성은 결과로 변할 수 있다 - 전기장 인가는 전도체-유전체 계면에서 전도층 내의, 즉, 활성 전도층 영역 내의, 전하 운반체 농도를 변형시킨다고 판단되고, 그래서 메타표면의 전자기적 응답의 변화를 야기한다고 판단된다. 도시되는 실시예에서, 전위차가 미러와 서브파장 안테나 요소 간에 직접 가해져서, 전기장을 구축한다. 전위차는 발명의 실시예에 따라 다양한 방식으로 구축될 수 있다. 많은 실시예에서, 하나 이상의 전력원을 이용하여, 서브파장 안테나 요소들과 미러링되는 표면 간에 전위차를 구축할 수 있다. 많은 실시예에서, 전력원은 각자의 복수의 서브파장 안테나 요소들과 미러링되는 표면 간에 복수의 전위차를 구축할 수 있다. 발명의 실시예에 따라, 다양한 회로들 중 임의의 회로를 이용하여, 전기적 튜닝가능 메타표면에서의 전위차 인가를 실현할 수 있다. 전위차 인가가 논의되었으나, 발명의 많은 실시예에 따라 다양한 방식으로, 전기적 튜닝가능 메타표면에서 전기장이 구축될 수 있음이 명백하다.
추가적으로, 알다시피, 서브파장 안테나 요소들의 특정 기하구조와, 유전층 및 전도층의 두께가, 요망되는 전자기적 응답 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 더욱이, 이러한 층들 및 서브파장 안테나 요소들 내에서 구현되는 특정 물질들은 메타표면 리플렉트어레이의 전자기적 응답 특성에 또한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 알다시피, 메타표면 리플렉트어레이 형성을 위해 선택된 물질 역시 요망되는 전자기적 응답에 기초할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전도층은 인듐 틴 옥사이드, 그래핀, 전도성 나이트라이드, 및 티타늄 나이트라이드 중 하나를 포함한다. "Low-Loss Plasmonic metamaterials", by Boltasseva et al. (Science　331, 290 (2011); DOI: 10.1126/science. 1198258)에서는 메타물질 내의 구현을 위한 물질 선택시 고려사항을 개시하고 있다. "Low-Loss Plasmonic Metamaterials"은, 특히, 메타물질 형성시 물질 선택 프로세스의 고려사항을 개시하고 있기 때문에, 본 발명에 그 내용 전체가 포함된다. "Low-Loss Plasmonic Metamaterials"로부터 발췌된 도 4는 표적화된 전자기 파장에 기초하여 메타표면 리플렉트어레이의 구현에 이용될 수 있는 여러 물질들을 보여준다. 마찬가지로, 임의의 적절한 유전층이 구현될 수 있다. 예를 들어, 많은 실시예에서, 유전체 옥사이드가 구현된다. 여러 실시예에서, 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 유전층으로 구현된다. 도 4에서 제시되는 임의의 적절한 물질이 발명의 실시예에 따라 메타표면 리플렉트어레이의 구현에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 구현되는 물질은 기존 제조 인프러스트럭처와 양립가능한 물질들이다. 예를 들어, 많은 실시예에서, 전도층 물질은 현대 반도체 제조 하우스에 즉각 포함될 수 있는 물질이다. 일반적으로, 알다시피, 도 3a-3b에 도시되는 메타표면은, 발명의 많은 실시예에 따라 요망되는 전자기적 응답 특성 및 요망되는 작동에 기초하여, 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 변형될 수 있다.　
많은 실시예에서, 복수의 서브파장 안테나 요소들이 단일 전도 요소와 접촉하여, 동일한 전위로 유지되게 된다. 이러한 배열에서, 전기장이 더욱 쉽게 구축될 수 있다 - 가령, 복수의 서브파장 안테나 요소와 미러 간에 전위차가 더욱 쉽게 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 5a-5c는 서브파장 안테나 요소들의 로우(rows)를 포함하는 메타표면 리플렉트어레이를 도시하며, 각각은 각자의 단일 전도 요소에 의해 연결된다. 특히, 도 5a는 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 등각투상도를 도시한다. 더 구체적으로, 도 5a는 봉-형상 서브파장 안테나 요소(504)들을 포함하는 메타표면(502)을 도시하며, 이러한 안테나 요소들은 전도 요소(506)에 의해 연결되고, 따라서, 동 전위로 유지된다. 따라서, 도 5a는 서브파장 안테나 요소들의 제 1 로우와 아래의 미러링된 표면 간에 전압이 인가됨을 보여주고, 이러한 전압을 이용하여 전자기적 응답 특성을 국부적으로 변형시킬 수 있음을 보여준다. 많은 실시예에서, 광학적 빔조향 수행을 위해 서브파장 안테나 요소들의 인접 로우들에게 서로 다른 위상이 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 응용예의 요건에 적합한 임의의 방식으로 반사광의 파면에서 위상을 변형시키도록 전압이 인가될 수 있다. 도 5b는 도 5a에 도시된 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 도시한다.　
도 5c는 도 5a-5b에서 제시되는 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 단면도 일부분을 도시한다. 특히, 메타표면 리플렉트어레이는 아래에 놓인 골드 미러를 특징으로 하며, 그 위에는 ITO층이 배치되고, 그 위에는 알루미늄 옥사이드 - Al2O3　- 유전층이 배치된다. 골드 서브파장 안테나 요소(504)는 Al2O3　유전층 위에 배치된다.　
도시되는 실시예의 기하구조는 다음을 특징으로 한다: 골드 미러의 두께는 130nm이고, ITO층의 두께는 16nm이며, 알루미늄 옥사이드층의 두께는 5nm이고, 서브파장 안테나 요소들의 공간 치수는 180nm x 60nm x 50nm 다. 따라서, 이러한 구조물의 설명되는 기하구조 및 조성은 1265nm의 전자기적 파장에서 자기 공진을 구축한다.　
도 5c는 전위차가 골드 미러와 서브파장 안테나 요소 간에 가해지는 모습을 또한 도시한다. 이에 따라 ITO-Al2O3　계면 간에 전기장이 인가된다. 아래에서 더 상세히 제시되는 바와 같이, 전기장은 ITO-Al2O3　계면에서 운반체 농도 변화를 야기하고, 결국, 전자기적 응답 특성을 요망되는 방식으로 증강시킬 수 있다고 판단된다. 다시 말해서, 전자기적 응답 특성을 국부적으로 증강시키는, 도 5c에 도시되는, 서로 다른 전하 운반체 농도를 가진 '활성 ITO 영역'의 발전이 전기장에 의해 유도된다고 판단된다. 그러나, 발명의 실시예는 이러한 현상의 실제 실현에 제한되지 않는다. 근적외선 전자기파용으로 구성된, 이와 같이 설명되는 메타표면의 전자기적 응답 특성이 전기장을 이용하여 튜닝될 수 있음이 실험적으로 확인되었다.　
메타표면 리플렉트어레이의 구체적 예가 도 5a-5c에 도시되고 앞서 설명되었으나, 발명의 실시예는 이러한 구체적으로 설명되는 구조에 제한되지 않는다. 알다시피, 이러한 구조는 메타표면의 요망 응용예에 적합한 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 메타표면 리플렉트어레이가 동 전위로 유지되는 서브파장 안테나 요소들의 로우(rows)를 포함하지만, 많은 실시예에서, 국부화된 전기장이 개별 서브파장 요소들에 인가될 수 있고, 따라서, 이를 이용하여, 메타표면의 전자기적 응답 특성을 더욱 정밀하게 변형시킬 수 있다. 예를 들어 많은 실시예에서, 메타표면은 복수의 서브파장 안테나 요소들 각각이, 가령, 픽셀화된 디스플레이에 통상적으로 사용되는 제어 회로를 이용하여 독립적으로 어드레싱가능하다. 이러한 구조는 메타표면의 국부화된 전자기적 응답 특성에 대해 폭넓고 견고한 제어를 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 메타표면은 조향가능 광학적 빔형성, 및 홀로그래피를 포함한(그러나 이에 제한되지 않는) 구체적 응용예들의 요건에 적합한 임의의 방식으로 파면 성형을 수행하는데 이용될 수 있다. 물론, 발명의 실시예에 따라 다양한 기술들 중 임의의 기술을 이용하여 메타표면에 국부적으로 전기장이 가해질 수 있다.　
종래의 전력원이 전기장을 일으키는 전위차 구축에 사용되는 경우에, 전력은 전기장 변화가 요망될 때 크게 소모될 뿐이며, 전기장 유지에는 비교적 적은 전력이 사용된다. 따라서, 설명되는 전기적 튜닝가능 메타표면은 상대적으로 에너지 효율적으로 만들어질 수 있다.
추가적으로, 알다시피, 구체적 치수 및 기하구조를 가진 서브파장 안테나 요소들이 앞서 논의되었으나, 다양한 안테나 기하구조들 중 임의의 것이 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있음은 명백하다. 일부 실시예에서, V-형상 안테나 요소들이 구현된다. 다수의 실시예에서, 스플릿 링 공진자가 구현된다. 여러 실시예에서, 봉이 안테나 요소로 구현된다. 알다시피, 특히 구현되는 안테나 요소들은 메타표면의 요망되는 전자기적 응답 특성에 기초할 수 있다.　
더욱이, 구체적 계층 구조가 논의되지만, 인가되는 전기장에 기초하여 튜닝가능 굴절률을 제공하는 전도체-유전체 계면을 포함하는 메타표면을 구현할 수 있는 임의의 적절한 구조가, 발명의 다양한 실시예에 따라 구현될 수 있음이 또한 명백하다. 예를 들어, 도 6은 발명의 일 실시예에 따라 하부-게이팅된 전기적 튜닝가능 메타표면의 단면 일부분을 도시한다. 메타표면은, 안테나가 Al2O3　층 및 ITO 층 내에 매립된 점을 제외하곤, 도 5a-5c에 제시된 것과 유사하다. 특히, 메타표면 리플렉트어레이는 아래에 놓인 골드 미러를 특징으로 하며, 그 위에는 ITO층이 배치되고, 그 위에는 알루미늄 옥사이드 - Al2O3　- 유전층이 배치된다. ITO 층이 Al2O3　층 위에 배치되어, 서브파장 안테나 요소를 덮는다. 도시되는 실시예에서, Al2O3　층의 두께는 10nm, ITO층의 두께는 15nm이며, 골드 서브파장 안테나 요소 두께는 50nm다. 추가적으로, 골드 서브파장 안테나 요소의 평면 치수는 60nm x 90nm 다. 종래의 전위차 인가에 비해 반대 방식으로 전위차가 인가됨을 또한 주목하여야 한다. 물론, 앞서와 같이, 소정의 치수가 언급되지만, 요망되는 전자기적 응답의 실현에 적합한 다양한 안테나 기하구조들 중 임의의 것이 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있음은 명백하다. 더 일반적으로, 다양한 계층 구조 중 임의의 것이 구현될 수 있다.　
이와 같이 설명되는 전기적 튜닝가능 메타표면의 작동 동역학이 이제 아래에서 논의될 것이다.　
　근-광학 주파수 전자기파에 응답하도록 구성되는 전기적 튜닝가능 메타표면의 작동　
상술한 메타표면 튜닝가능성의 동역학은 다음과 같이 이해된다. 설명되는 전기적 튜닝가능 메타표면 간에 전기장이 인가될 때, 전도체-유전체 계면에서의 운반체 농도가 증가할 것으로 판단되며, 누적층을 형성한다. 결과적으로, 이에 따라 복합 유전율 변화가 나타나고, 이는 결국 반사광의 위상 및 진폭 변화에 관련된다.　
예를 들어, 도 5a-5c와 관련하여 앞서 설명한 메타표면 리플렉트어레이와 관련하여, 드루드(Drude) 모델을 이용하여 ITO 유전율을 파라미터화하기 위해, ITO의 누적층 내 운반체 농도가 2x1020　cm-3　내지 1x1022cm-3, 사이에서 변할 때, ITO의 활성층의 유전율의 실수부가 대략 0.5 ㎛와 3 ㎛ 사이의 파장 범위에서 0과 교차할 수 있다. 엡실론-니어-제로(ENZ) 조건에 접근할 때, ITO의 누적층 내 상당한 전기장 향상이 관찰되고, 이는 서로 다른 유전율을 가진 2개의 물질의 계면에서 전기적 변위의 계속성을 부여하는 경계 조건으로부터 쉽게 이해될 수 있다. 따라서, 메타표면의 갭 플라즈몬 공진과 ITO의 ENZ 공진의 결합은 위상 및 진폭 변조에 사용될 수 있는 공진 주파수 스플릿으로 나타난다. 이는 메타표면으로부터 반사되는 평면파의 위상 변이 및 반사 계수를 연산함으로써 확인될 수 있다. 벌크 ITO의 운반체 농도가 1 x 1019　cm-3　이고 전압이 턴-온될 때 ITO의 누적층에서 1x1021　cm-3　라고 가정할 경우, 공진 주파수 스플릿이 관측될 수 있다. 도 7a는 전압이 오프일 때, 메타표면의 자기 공진이, 140nm 내지 220nm의 길이로 구성된 서브파장 안테나 요소들의 경우에, 1000nm로부터 1600nm로 변함을 보여준다. 전압이 턴-온되면, 플라즈모닉 자기 공진은 활성 ITO층의 ENZ 영역과 결합하여, 자기 공진을 2개의 공진으로 분할하게 된다. 도 7b는 이러한 공진 분리를 도시한다. 특히, 유전율의 실수부　ε r 가 -1로부터 1까지 변하는 파장 영역이 강조된다. ENZ 조건이 ITO의 누적층에 접근하는 파장에서, 활성 ITO층 내 전기장의 z-성분　E z 의 개선이 관측될 수 있다. ε r 이 0보다 클 때, ITO의 누적층 내의　E z 는 알루미늄 옥사이드 및 배경 ITO 내　E z 에 평행하다. ε r 이 누적층 내에서 0보다 작을 때, z-성분은 주변 매질의　E z 에 반평행하게 된다. 도 7c는 ITO의 활성 영역 내 전하 운반체 농도가 1 x 1019　cm-3　로부터 1x1021　cm-3　까지 변할 때 나타나는 위상 변이를 도시한다. 특히, 어두운 영역(702)은 -180도 위상 변이와 겹쳐지는 180도 위상 변이에 대응하며, 화살표(704)는 위상변이의 양의 변화를 표시한다. 예를 들어, 화살표(704)의 하부로부터 시작하여 화살표 방향으로 이동할 때, 위상 변화는 0도로부터, 어두운 영역(702)에 도달하는 지점에서 180도까지이고, 이는 -180도 위상 변이와 등가이다. 어두운 영역(702)으로부터 상향 화살표(704) 방향으로 계속할 때, 위상 변이는 -180도로부터 0도까지다.　
도 8a-8b는 반사율 및 위상 변이가 파장 및 전하 운반체 농도의 함수로 어떻게 변화하는지를 보여준다. 특히, 도 8a는 운반체 농도 및 파장의 함수로 반사율을 도시한다. 특히, 도 8b는 운반체 농도 및 파장의 함수로 위상변이를 도시한다. 앞서와 마찬가지로, 어두운 영역(802)은 -180도 위상 변이와 겹쳐지는 180도 위상 변이에 대응하며, 화살표(804)는 위상변이의 양의 변화를 표시한다. 예를 들어, 화살표(804)의 하부로부터 시작하여 화살표 방향으로 이동할 때, 위상 변화는 0도로부터, 어두운 영역(702)에 도달하는 지점에서 180도까지이고, 이는 -180도 위상 변이와 등가이다. 어두운 영역(802)으로부터 상향 화살표(804) 방향으로 계속할 때, 위상 변이는 -180도로부터 0도까지다.　
도 9a 및 9b는 도 5a-5c에 도시되는 메타표면의 경우, 반사 효율 및 위상이 운반체 농도의 함수로 어떻게 변이될 수 있는지를 보여준다. 특히, 도 9a는 ITO층의 활성 영역 내 운반체 농도의 함수로 반사 효율을 도시한다. 일반적으로, 반사 효율은 전하 운반체 농도에 비교적 무관하다. 도 9b는 운반체 농도의 함수로 위상 변이를 도시한다. 알다시피, 운반체 농도 수정은 임의의 요망되는 위상 변이를 실질적으로 구현하는데 사용될 수 있다. 소정의 데이터가 소정의 파라미터에 대해 제시되었으나, 발명의 실시예는 데이터에서 제시된 것에 대응하는 특성을 가진 메타표면만으로 제한되지 않는다. 데이터는 발명의 실시예에 따라 다양한 전기적 튜닝가능 메타표면에 대해 마찬가지로 획득될 수 있다.　
현재의 이해에 따르면, 이러한 동역학에 기초하여, 설명되는 전기적 튜닝가능 메타표면의 작동이 이루어진다. 그러나, 앞서 시사한 바와 같이, 발명의 실시예는 설명되는 동역학의 실제 발생에 제한되지 않는다. 응용 범위는 그 작동의 실제 동역학과 무관하게, 설명되는 구조를 포괄한다.
대략 10㎛ 미만의 파장을 가진 전자기파의 전파를 제어하도록 구성되는 전기적 튜닝가능 메타표면 제조　
위에서 설명된 전기적 튜닝가능 메타표면은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 많은 경우에, 표준 e-빔 리소그래피 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5a-5c에 도시된 메타표면은 다음의 과정을 이용하여 제조될 수 있다: 3nm 두께의 Ni 필름이 쿼츠 글라스 기판 상에 열증착에 의해 접착층으로 증착될 수 있고, 그 후 열증착을 이용하여 130nm 두께의 골드 미러를 증착할 수 있으며, 스퍼터링 기술을 이용하여 16nm 두께의 ITO층이 증착될 수 있고, 원자층 증착에 의해 5nm 두께의 Al2O3층이 성장할 수 있으며, 그 후, 260nm의 PMMA 이중층(PMMA-495K 및 PMMA-950K)을 이용하여, 서브파장 안테나 어레이의 증착을 준비하도록 옥사이드 표면을 코팅하고, 25 ㎛ x 25 ㎛ 면적을 가진 물고기뼈 구조, 골드 연결부, 및 골드 패드가 100pA 전류(구조물용) 및 50pA 전류(연결부 및 패드용)로 100keV의 가속 전압으로 e-빔 리소그래피 시스템(Leica Vistec EBPG 5000+)을 이용하여 패턴처리될 수 있으며, 노광 및 현상 후, 50nm Au 필름이 e-빔 증착에 의해 증착될 수 있고, 그 후 레지스트가 제거될 수 있다. 물론, 하나의 제작 기술이 설명되었으나, 위 설명된 구조를 구현하기 위한 임의의 적절한 제조 기술이 발명의 실시예에 따라 구현될 수 있고, 이들이 다양한 조성 및 다양한 기하구조를 가진 전기적 튜닝가능 메타표면을 제조하는데 사용될 수 있다. 설명된 전기적 튜닝가능 메타표면은 구체적으로 설명된 기술을 이용하여서만 제조될 수 있다고 오해해서는 안된다.　
위 논의로부터 추측컨데, 위 언급된 개념은 발명의 실시예에 따른 다양한 배열에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 서브파장 안테나 요소 기하구조들 중 임의의 기하구조가 채택될 수 있고, 다양한 물질 중 임의의 물질이 사용될 수 있다. 기하구조 및 물질 선택은 실현된 메타표면을 위한 요망되는 전자기적 특성 응답에 기초할 수 있다. 따라서, 본 발명의 소정의 구체적 형태로 설명되었으나, 많은 추가적인 변형예 및 변화가 당 업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 제한적인 측면이 아니라 예시적인 측면으로 간주되어야 한다.

Claims (21)

  1. 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이에 있어서,　
    미러링된 표면과,　
    전도층과,　
    유전층 - 상기 전도층 및 유전층은 직접 접촉하여, 전도체-유전체 계면을 형성함 - 과,
    복수의 서브파장 안테나 요소와,
    적어도 하나의 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간에 전위차를 구축하도록 구성되는 전력원을 포함하되,　
    서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간의 전위차는 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 대응 영역에 전기장을 인가하고,　
    복수의 서브파장 안테나 요소의 각각은 회로부를 이용하여 서브파장 안테나 요소와 상기 미러링된 표면 간의 상기 전위차에 의해 독립적으로 어드레싱가능하며,
    유전층, 전도층, 및 서브파장 안테나 요소들 각각의 기하구조 및 물질 조성과 연계하여 가해지는 전기장에 의해, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이가, 입사 전자기파의 전파 특성을 측정가능하게 증강시키는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.　　
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    유전층, 전도층, 및 서브파장 안테나 요소들 각각의 기하구조 및 물질 조성과 연계하여 가해지는 전기장에 의해, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이가, 10 ㎛ 미만 파장을 특징으로 하는 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 포함되는 입사 전자기파의 전파 특성을 측정가능하게 증강시키는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.　
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 근적외선 전자기파의 파장과 대응하는 파장보다 짧거나 같은 파장을 가진 전자기파를 특징으로 하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    전기적 튜닝가능 메타표면의 일 영역이 전기장에 노출될 때, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 포함되는, 반사된 입사 전자기파가, 인가된 전기장의 크기에 기초하여 위상 변이를 나타내는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 근적외선 전자기파의 파장과 대응하는 파장을 가진 전자기파를 특징으로 하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 가시광의 파장과 대응하는 파장보다 짧거나 같은 파장을 가진 전자기파를 특징으로 하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분은 가시광의 파장과 대응하는 파장을 가진 전자기파를 특징으로 하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 전도층은 나이트라이드-계 물질, 은, 구리, 골드, 알루미늄, 알칼리 금속, 합금, 투명 전도 합금, 및 그래핀 중 하나를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.　
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 전도층은 인듐 틴 옥사이드를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유전층은 유전체 옥사이드(dielectric oxide)를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유전층은 알루미늄 옥사이드를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  14. 제 13 항에 있어서,　
    상기 미러링된 표면은 골드를 포함하고,　
    상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 골드를 포함하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.　
  15. 제 14 항에 있어서,
    전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이의 일 영역이 전기장에 노출될 때, 상기 영역 내의 전도체-유전체 계면에서의 전하 운반체 농도가 인가되는 전기장 크기에 기초하여 변경되고, 상기 변경에 의해 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 있는, 반사된 입사 전자기파의 위상 변이가 나타나는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    1x1019cm-3　로부터 1x1021cm-3　까지 전하 운반체 농도 변화가, 상기 전자기 스펙트럼의 적어도 일부분 내에 있는, 반사된 입사 전자기파의 위상을 적어도 2π만큼 변이시키기에 충분한, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 봉-형상 기하구조에 순응하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 V-형상 기하구조에 순응하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  19. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 하나가 스플릿 링(split ring) 기하구조에 순응하는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  20. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 서브파장 안테나 요소들 중 적어도 2개는 상기 전력원에 연결된 동일 전도 요소에 연결되는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
  21. 제 20 항에 있어서,
    서브파장 안테나 요소들의 로우(rows)가, 전력원에 연결된 각자의 전도성 요소에 연결되는, 전기적 튜닝가능 메타표면 리플렉트어레이.
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