내 연구진이 1억분의 5ｍ 크기까지 관찰할 수 있는 근접장 주사광학현미경 기술을 개발했다.

25일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 분자 분광학·동력학 연구단 최원식 부연구단장(고려대 물리학과 교수)과 김명기 고려대 KU·KIST 융합대학원 교수 공동 연구팀이 개발한 기술은 기존 근접장 주사광학현미경의 해상력을 3배 높인 것이다.

근접장 주사광학현미경은 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 단위의 미시 세계를 관찰할 수 있는 도구다.

▲ IBS·고려대 연구팀이 개발한 근접장 광학현미경의 작동 원리.

탐침을 시료 표면 20㎚ 앞까지 접근시킨 뒤 시료에서 나온 국소화된 빛(근접장)을 측정해 시료의 높이 정보를 파악하고 탐침의 작은 구멍을 통과한 광신호를 이미징한다.

하지만 탐침 구멍(150㎚)보다 작은 것은 구분할 수 없는 한계가 있다.

구멍이 너무 작으면 광신호 세기가 작아져 측정이 어렵기 때문이다.

연구팀은 탐침 구멍을 줄이지 않고도 근접장 주사광학현미경의 해상력(물체의 세밀한 부분까지 재현하는 렌즈의 능력)을 높여 이 같은 문제를 해결했다.

우선 유리 표면에 금을 입힌 뒤 50㎚ 간격으로 직사각형 두 개를 그려낸 '이중 슬릿'을 만들었다.

이중 슬릿에 100개가 넘는 다양한 각도에서 빛을 쪼인 뒤 나오는 근접장 이미지를 측정, 반대칭 모드(빛의 위상이 반대로 나오는 것) 정보를 계산하는 데 성공했다.

기존 주사광학현미경은 두 개의 직사각형을 하나의 점으로 인식하지만, 연구팀이 개발한 현미경은 둘을 구분할 수 있다.

나노 구조를 관찰할 수 있는 능력이 3배(150㎚ → 50㎚) 좋아진 것이다.

기존 현미경과 달리 진공이 아닌 일반 대기 상태에서도 시료를 관찰할 수 있다.

최원식 부연구단장은 "초소형 반도체, 나노포토닉스 등 분야에서 나노미터 수준의 해상력을 갖는 이미징 기술의 중요성이 커지고 있다"며 "더 복잡하고 미세한 나노 구조까지 파악할 수 있는 기술을 개발할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난 22일 자 온라인판에 실렸다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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