광학현미경 한계 넘어선 나노이미징 렌즈 개발

최춘기 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 광학현미경의 한계를 넘어 160 나노 크기 물질을 관찰할 수 있는 이미징 렌즈를 개발했다.

미래창조과학부는 한국전자통신연구원(ETRI) 그래핀소자창의연구센터 최춘기 박사가 머리카락 굵기보다 약 625배 더 작은 160 나노미터 크기의 물체를 볼 수 있는 나노 이미징 렌즈를 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단에서 지원하는 나노․소재원천기술개발사업으로 수행돼 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 나노스케일 지난달 28일자에 게재됐다.

그동안 광학 현미경은 배율을 아무리 높여도 서로 다른 두 점이 빛의 파장의 절반에 해당하는 거리보다 더 좁게 놓여있는 경우 두 점을 구별할 수 없는 빛의 회절한계 때문에 200 나노미터 크기 물체를 볼 수 없었다.

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이처럼 작은 물체를 보려면 전자현미경이나 엑스레이 등이 사용돼야 하는데 이를 위해 시료를 자르거나 코팅을 하는 등 시료를 변형하거나 파괴해야 해 재사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

이번 연구를 통해 시료에 별도 처리 없이 160 나노미터 크기의 물체를 볼 수 있게 되는 길이 열려 향후 나노연구에 기여할 전망이다.

이번에 개발된 기술은 맨눈으로 분자구조를 확인할 수 있는 나노현미경 제작에 한걸음 더 다가간 것을 의미한다.

연구팀은 백금으로 코팅된 카본나노튜브 숲으로 만든 나노렌즈를 이용해 가시광선 중 초록색 파장(532 nm)의 빛을 통하면 160 나노미터 간격으로 떨어져 있는 2개의 막대 모양이 뚜렷이 보인다는 것을 실험으로 증명했다.

이번 연구는 가시광선 영역에서 빛의 회절 한계로 발생하는 광학현미경을 통한 물체관찰의 한계를 극복하고 나노크기의 구조체를 관찰할 수 있는 나노렌즈를 개발한 것이다.

ETRI 그래핀소자창의연구센터의 최춘기 센터장은 “이번에 개발된 160 나노미터 크기를 관찰할 수 있는 이미징 렌즈 기술을 통해 향후 막대 모양 패턴관찰 수준을 뛰어넘어 가로와 세로방향의 문자, 더 나아가 3차원 분자구조 등을 차례로 볼 수 있는 기술수준에 근접하는 기회를 확보했고 관련 나노렌즈 개발에 지속적으로 힘쓸 계획”이라고 밝혔다. 

근접장 주사 광학현미경으로 관찰한 두 개의 선 패턴을 통과한 빛의 사진과 전자현미경으로 관찰한 선 패턴, (a)는 선 패턴 위에 나노렌즈가 놓여있는 경우, 나노렌즈를 통해서 나온 빛의 신호를 기록한 모습. 오른쪽(3)에 두 개의 선 패턴에서 나온 빛의 분포가 뚜렷하게 두 갈래로 구분이 되는 모습을 보인다. (b)는 나노렌즈가 아닌, 같은 두께의 얇은 투명막이 있는 경우의 빛의 세기를 기록한 모습으로 두 개의 선 패턴에서 나온 빛은 뭉개져서 구분이 되지 않는 형태로 관측이 된다. (a), (b) 두 그림의 비교를 통해 탄소나노튜브 나노렌즈는 빛의 신호를 전달하는 특성을 가진다는 것이 명확해졌다