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- 배열의 정확한 산란 거동 분석 후, 완벽한 반사 방지층을 형성할 추가 산란거동 계산
- 더 나은 WiFi를 활성화 혹은 휴대폰 수신 개선 위해 전송 촉진 층으로 코팅
- 파동 역학과 산란은 차세대 이동 통신인 6G의 개발에 중요한 역할

반사 방지 코팅으로 재료가 신호에 더 투명해진다.
계산 방식으로 방사선 투과율을 맞춤형으로 조작 가능

맞춤형 코팅을 사용하면 반사율이 높은 재료도 전자기 복사를 투과할 수 있으므로 휴대전화 및 WiFi 신호 수신을 개선할 수 있다. 과학자들이 전문 저널 "Nature"에서 재료에 필요한 코팅 구조를 결정하는 방법을 발표했다. 계산 방법을 사용하면 이 반사 방지층이 어떻게 만들어져야 하는지 정확하게 결정할 수 있다. 

▲ 앞의 반사 방지 코팅을 통해 완전한 신호가 반대쪽에 도달할 수 있다. © 비엔나 공과 대학

잘못된 WiFi 신호, 무선 잡음 또는 안개 속에서의 열악한 가시성 - 이러한 모든 현상은 가시광선 또는 마이크로파 신호와 같은 전자기파가 장애물에 의해 편향되고 반사되는 것과 관련이 있다. 유리와 같은 정렬된 구조의 경우 반사를 줄이는 것은 여전히 ​​상대적으로 쉽다. 철근 콘크리트 또는 목재와 같은 재료, 즉 특히 무질서한 구조의 경우 이는 훨씬 더 어렵다.

비엔나 공과 대학의 Michael Horodynski가 이끄는 연구팀은 이제 복잡한 구조도 추가 레이어의 도움으로 사실상 무반사 상태로 만들 수 있는 방법을 제시했다. 공저자인 비엔나 공과대학의 스테판 로터(Stefan Rotter)는 "안경의 반사 방지 코팅으로 생각할 수 있다"라고 설명한다. “렌즈에 추가 레이어를 더하면 광파가 이전보다 눈에 더 잘 전달된다. 반사가 줄어든다.”

첫 번째 단계: 반사 분석

복잡한 구조에서도 이러한 효과를 내기 위해서는 현재 개발된 방법에 따른 재료의 해석이 먼저 필요하다. "먼저 매질을 통해 특정 파동을 보내고 이러한 파동이 재료에 의해 반사되는 방식을 정확히 측정해야 한다"라고 Horodynski는 설명했다. "우리는 이 정보를 통해 파동을 복잡한 방식으로 산란시키는 모든 매질에 대해 해당 보상 매질이 계산되어 두 매질의 조합으로 파동이 완전히 통과할 수 있음을 보여줄 수 있었다.“

연구원에 따르면 핵심은 중간 매체의 반사 매트릭스를 무효화하는 수학적 보상 계산에 있다. 이 계산을 통해 최종적으로 전자파의 거의 완벽한 전송을 보장하는 코팅을 구현할 수 있다. 반사의 부족은 개별 파면이나 길이에 국한되지 않으며 과학자들은 이것이 또 다른 참신이라고 말한다.

90% 이상의 투과성

수치 모델이 콘크리트 응용 프로그램에서 유지되는지 테스트하기 위해 Horodynski와 그의 팀은 무작위로 무질서하게 배치된 작은 알루미늄 및 테플론 실린더의 배열을 만들었다. 이 구조는 전자기 신호의 약 절반만 반대쪽에 도달하도록 허용하고 나머지는 반사되었다. 과학자들은 배열의 정확한 산란 거동을 분석한 후 그들의 방법을 사용하여 완벽한 반사 방지층을 형성할 추가 산란거동을 분석한 후 할 수 있었다.

실제로 이 레이어는 직경이 3밀리미터이고 수동으로 배치된 15개의 금속 실린더로 구성되었다. 수학적 모델에 따르면 이 구조는 신호의 99.8%가 무질서한 층을 통과하도록 해야 한다. 실제로는 최소한 이 기대치를 거의 충족할 수 있었습니다. 이전 산란에 비해 마이크로파 복사의 90%가 장애물을 통과할 수 있었다.

연구원들은 보고서에서 "최대 투과율이 피할 수 없는 흡수에 의해 약간 감소하더라도 전체적으로 수치 시뮬레이션과 실험 결과 사이에 매우 좋은 일치를 관찰할 수 있었다"라고 요약했다. 그러나 이 코팅 후에 반사는 무시할 수 있다. 실험에서 시작점으로 되돌아오는 파동은 없다.

6G와 WiFi가 더 효율적이 될 수 있다.

과학자들은 주로 무선 전송을 보다 효율적으로 만들 수 있는 가능성에 연구의 적용을 보고 있다. 예를 들어, 벽은 무엇보다도 더 나은 WiFi를 활성화하거나 휴대폰 수신을 개선하기 위해 전송 촉진 층으로 코팅될 수 있다.

파동 역학과 산란은 또한 차세대 이동 통신인 6G의 개발에 중요한 역할을 할 수 있다. 계산을 통해 가능한 한 적은 반사로 적절한 경로를 따라 송신기에서 수신기로 이동하는 경우 더 빠른 휴대폰 신호의 강도를 에너지 절약 방식으로 줄일 수 있다.
(nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04843-6)
출처: 비엔나 공과대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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