나노크기 미세구조 관측 '나노렌즈' 개발

포스텍 김광수 교수팀, 네이처 게재
빛 파장 절반보다 작은 간격 식별

국내 연구진이 나노(1㎚＝10억분의 1m) 크기의 초소형 렌즈를 세계 최초로 개발했다.

포스텍(POSTECH)은 김광수 화학과 교수(59) 연구팀이 머리카락 굵기보다 수백 배 작은 나노미터(㎚)급의 렌즈 합성에 성공했다고 22일 발표했다. 이번 연구 결과는 과학저널 '네이처' 23일자에 실렸다.

연구팀은 유기물질인 칼릭스하이드로퀴논(CHQ)이라는 분자가 자기조립을 통해 나노미터 크기의 단면 볼록렌즈를 형성한다는 것을 발견하고 이 렌즈의 특성을 연구했다. 그 결과 렌즈의 크기가 빛의 파장의 길이만큼 작아질 경우 기존 광학기기에서는 관찰이 불가능했던 이론적 극한치(회절 한계)인 빛의 반파장보다 더 작은 크기를 식별할 수 있다는 새로운 물리 현상을 밝혀냈다.

연구팀에 따르면 빛 파장 길이의 절반보다 작은 두 물체 간 거리는 일반 광학렌즈로는 분간할 수 없으며 이 같은 극한치를 광학적 '회절 한계'라고 부른다. 하지만 이번 연구에서는 나노렌즈가 이 회절 한계를 넘어 빛의 파장(400~700㎚)의 절반보다 더 작은 간격을 식별할 수 있음을 밝혀냈다.

나노렌즈의 이 같은 특징을 이용하면 기존 광학현미경으로 보이지 않던 250㎚ 간격의 미세 라인 패턴도 뚜렷하게 확대된 이미지를 얻을 수 있으며 최대 220㎚ 간격까지 구분할 수 있는 해상도를 갖는다고 연구팀은 설명했다.

김 교수는 "나노렌즈의 광학적 특성은 일반 광학 현미경으로 관측하지 못하던 미세 구조의 이미지 해석,미세 구조 분석을 위한 분석신호의 강화,나노소자 개발에 필요한 광학적 패턴 기술 향상 등 다양한 분야에서 활용이 가능하며 차세대 나노광학소자 개발에도 응용될 것"이라고 전망했다.

황경남 기자 knhwang@hankyung.com