"빛의 '산란' 이용한 나노입자 기반 슈퍼렌즈 개발"

KAIST 박용근 교수·조용훈 교수 연구팀

[뉴스토마토 이한승기자] 미래창조과학부는 국내 연구진이 빛의 '굴절'을 이용하는 보통의 광학렌즈와는 달리 빛의 '산란'을 이용해 기존 광학렌즈보다 3배 가량 뛰어난 해상도를 갖는 나노입자 기반의 신개념 슈퍼렌즈 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

 

아울러 슈퍼렌즈는 100㎚(나노미터) 크기의 세포내 구조와 바이러스 등을 볼 수 있는 것은 물론, 광통신과 최첨단 반도체 공정 등에 응용할 수 있을 것이라고 설명했다.

 

한국과학기술원(KAIST) 물리학과의 박용근 교수와 조용훈 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 미래부와 함께 한국연구재단이 추진하는 기초연구실 사업의 지원으로 수행됐다.

 

연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 28일자 온라인판에 게재됐다.

 

주로 현미경 등에 쓰이는 일반 광학렌즈는 빛의 굴절을 이용하기 때문에 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 '회절한계' 특성으로 인해 가시광선 영역에서 200~300㎚보다 작은 물체는 관찰할 수 없다는 한계가 있었다.

 

빛이 물체에 부딪혀 나오는 산란광 중 일부는 광학렌즈를 통해 이미지를 형성하지만 나머지는 물체 주변에서 머물다가 아무런 정보도 전달하지 못하고 소멸되는데, 빛의 파장의 2분의1보다 작은 나노크기 물체의 경우 산란광 대부분이 물체 주변에 머물러 있어 광학현미경으로는 분간이 되지 않는 것.

 

이 때문에 물체 주변에 머무르는 산란광을 멀리 진행하도록 조정하는 것이 광학현미경 해상도 한계 극복의 관건이었다.

 

연구팀은 빛의 위상을 조절함으로써 나노입자를 통과한 산란광을 정밀하게 조정해 초고해상도 초점을 형성할 수 있는 산란 슈퍼렌즈(Scattering Super-lens)를 실험적으로 구현해냈다.

 

공동 제1저자인 KAIST 박정훈 학생과 박충현 박사는 "산란을 이용해 빛을 제어함으로써 초고해상도 초점을 형성한 것으로 나노광학 산업계에 종사하는 연구자에게 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

 

이어 "이미징 외에도 반도체 공정의 리소그래피, 광통신 등의 분야에서도 적극 활용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

 

◇슈퍼렌즈 개발에 참여한 KAIST 박용근 교수(왼쪽)와 조용훈 교수.(사진제공 = 미래창조과학부)

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