국내 연구진, 나노기반 슈퍼렌즈 기술 개발

국내 연구진이 기존 광학렌즈보다 3배 가량 뛰어난 해상도를 갖는 나노입자 기반의 신개념 슈퍼렌즈 기술을 개발했다. 슈퍼렌즈는 100nm 크기의 세포내 구조와 바이러스 등을 볼 수 있는 것뿐만 아니라 광통신, 최첨단 반도체 공정 등에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

미래창조과학부는 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 박용근 교수와 조용훈 교수 연구팀이 빛의 산란을 이용해 나노입자 기반 슈퍼렌즈 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 28일자 온라인판에 게재됐다.

현미경 등에 쓰이는 일반 광학렌즈는 빛의 굴절을 이용하기 때문에 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없어 가시광선 영역에서는 200~300nm보다 작은 물체는 관찰할 수 없다. 때문에 빛의 파장이 1/2보다 작은 나노크기의 물체는 광학현미경으로는 분간되지 않았다.

연구팀은 빛의 위상을 조절함으로써 나노입자를 통과한 산란광을 정밀하게 조정해 초고해상도 초점을 형성할 수 있는 산란 슈퍼렌즈(scattering super-lens)에 대한 개념을 제안하고, 실험적으로 구현해냈다.

산란 슈퍼렌즈는 쉽게 구할 수 있는 락카 스프레이를 유리에 뿌리는 방식으로 제작했다. 빛이 나노입자 층(유리 표면의 얇은 페인트 박막)을 통과해 나오는 산란광의 분포를 파악하고, 파면조절기(SLM)를 통해 정밀하게 빛의 위상을 조정함으로써 초고해상도 초점을 형성하는 식이다.

공동 제1저자인 KAIST 박정훈 학생과 박충현 박사는 “산란을 이용해 빛을 제어해 초고해상도 초점을 형성한 것으로 나노광학 산업계에 종사하는 연구자에게 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다”며 “이미징 외에도 반도체 공정의 리소그래피, 광통신 등의 분야에서도 적극 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

미래부와 한국연구재단이 지원한 해당 연구는 신종화 KAIST 신소재공학과 교수, 고승환 KAIST 기계공학과 교수, 남기태 서울대 재료공학과 교수 등 다양한 분야의 연구팀이 참여해 폭넓은 융합연구로 진행됐다.