미래창조과학부는 국내 연구진이 빛의 산란을 이용해 기존 광학렌즈보다 약 3배 뛰어난 해상도의 수퍼렌즈 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
한국과학기술원(KAIST) 물리학과 박용근 교수와 조용훈 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 4월 28일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 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 제작했으며 빛이 나노입자 층(유리 표면의 얇은 페인트 박막)을 통과하여 나오는 산란광의 분포를 파악하고, 임의로 빛의 위상을 제어할 수 있는 파면조절기(SLM)를 통해 정밀하게 빛의 위상을 조정함으로써 초고해상도 초점을 형성했다.
나노입자 주변에서 소멸되는 산란광을 줄이려는 기존의 방식에서 탈피하여, 산란광들을 정밀하게 조절하는 방식으로 발상의 전환을 통해 값싸고 응용성이 높은 초고해상도 이미징 기술을 개발한 것이다.
기존 현미경 등에 쓰이는 일반적인 광학렌즈는 빛의 굴절을 이용하기 때문에 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 ‘회절한계’ 특성으로 인해 가시광선 영역에서 200～300nm보다 작은 물체는 관찰할 수 없었다.
따라서 이번 연구를 통해 물체 주변에 머무르는 산란광을 조정할 수 있는 가능성이 열려, 광학렌즈의 해상도를 크게 높일 것으로 기대되고 있다.
공동 제1저자인 KAIST 박정훈 학생과 박충현 박사는 “산란을 이용해 빛을 제어하여 초고해상도 초점을 형성한 것으로 나노광학 산업계에 종사하는 연구자에게 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다”면서, “이미징 외에도 반도체 공정의 리소그래피, 광통신 등의 분야에서도 적극 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 동 연구는 신종화 KAIST 신소재공학과 교수, 고승환 KAIST 기계공학과 교수, 남기태 서울대 재료공학과 교수 등 다양한 분야의 연구팀이 참여하여 폭넓은 융합연구로 진행됐다.
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박용근 교수(왼쪽)와 조용훈 교수. /미래창조과학부 제공.
