몸에 두르면 투명인간이 되는 해리포터의 투명망토, 칼날이 빛으로 만들어진 스타워즈의 광선검, 손으로 만질 수 있는 아이언맨의 홀로그램 디스플레이는 세 가지 공통점이 있다. 영화에서 나오는 상상 속 기술이라는 점과 모두 ‘빛’과 관련됐다는 점 그리고 빛과 나노 구조의 상호작용을 연구하는 나노포토닉스 분야에서 실제로 연구되고 있다는 점이다.

기계공학과/화학공학과 노준석 교수가 이끄는 ‘나노스케일 포토닉스 및 통합생산 연구실’은 인공적으로 만든 나노 구조 메타물질과 빛의 상호작용을 연구하고 이를 응용한 제품을 생산한다. 예컨대 투명망토를 구현하려면 나노 구조의 메타물질을 잘 설계해 빛이 경로를 자유자재로 조절해야 한다. 연구실은 필요한 메타물질을 직접 합성해 투명망토뿐 아니라 디스플레이, 차세대 초고해상도 현미경 등을 개발한다.

최근 집중하고 있는 연구는 영화 아이언맨에 등장하는 홀로그램 디스플레이 기술이다. 이런 디스플레이를 구현하려면 PC 모니터 못지않게 해상도가 높은 홀로그램이 필요하다. 현재 홀로그램 기술은 형체만 알아볼 수 있을 뿐 자세한 정보를 나타내기 힘든데 나노포토닉스 기술은 공간에 고해상도 이미지뿐 아니라 고화질 동영상도 나타내는 것이 가능하다.

이런 연구는 나노 구조 메타물질을 실제로 만드는 것부터 시작한다. 연구실은 기계공학과 화학공학 등 여러 분야에서 쓰는 방법론을 모두 활용하고 새로운 나노 구조 가공 방법도 연구한다. 최근에는 금속에서 구현할 수 없던 ‘거울 대칭’ 구조를 갖는 금 나노 구조체를 만드는 방법을 개발했고 이 연구는 2018년 국제학술지 네이처의 표지를 장식했다. 이 가공법을 바탕으로 만든 금 나노 구조체는 휘어지는 초박막 디스플레이, 투명망토, 3차원 디스플레이 등 미래 전자 소자와 부품으로 활용할 수 있다.

노 교수는 실패를 통해 쌓인 지식이 눈부신 성과로 이어진다고 말한다. 이 때문에 연구실에서의 ‘성공’은 실제로 ‘99번 실패하고 1번 성공’을 의미하고 실패를 두려워하지 않고 도움을 청할 수 있는 용기를 과학자의 중요한 자질로 꼽는다. 연구실에는 기계공학, 화학공학, 재료공학, 물리학, 전자공학 등 다양한 배경을 가진 학생이 모여 영화 속 기술을 현실로 만들기 위해 노력 중이다. 노 교수는 “10년 후에는 투명망토뿐 아니라 핸드폰으로 바이러스도 관찰할 수 있고 아이언맨에서 보는 홀로그램 기술이 일상생활에서 사용 가능할 것”이라고 말한다.