기존 광학렌즈보다 해상도 3배 뛰어난 '슈퍼렌즈' 개발

카이스트 연구팀, 광학 현미경의 해상도 한계 극복..광통신과 초고해상도 이미징 등에 활용

▲슈퍼렌즈의 모식도

[아시아경제 김보경 기자] 국내 연구진이 기존 현미경에 쓰이는 광학렌즈보다 해상도가 3배 높은 나노입자 기반의 '슈퍼렌즈' 기술을 개발했다. 슈퍼렌즈는 100나노미터(nm) 크기의 세포나 바이러스 등을 볼 수 있음은 물론 광통신·광치료, 반도체 공정 등에 활용될 것으로 기대된다.

박용근 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수와 조용훈 교수 연구팀은 빛의 굴절을 이용한 광학렌즈와 달리 빛의 산란을 이용해 초고해상도 광초점을 형성하는 방식으로 제작, 기존의 한계를 극복한 신개념 슈퍼렌즈 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

일반 광학렌즈는 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 한계 때문에 가시광선 영역에서 200~300nm보다 작은 물체는 관찰할 수 없었다. 빛이 물체에 부딪혀 나오는 산란광 중 일부는 멀리까지 진행해 광학렌즈를 통해 이미지를 형성하지만 나머지는 물체 주변에서 머물다가 아무런 정보도 전달하지 못하고 소멸되기 때문이다.

이 때문에 물체 주변에 머무는 산란광을 멀리 진행하도록 조정하는 것이 광학현미경의 해상도 한계를 극복하기 위한 관건이었다. 지금까지 인공적으로 만든 메타물질 등으로 굴절률을 높이는 연구가 진행됐지만 제작·활용면에서 경제성이 떨어졌다.

연구팀은 빛의 위상을 조절해 나노입자를 통과한 산란광을 정밀하게 조정하고 초고해상도 초점을 형성하는 산란 슈퍼렌즈를 개발했다. 슈퍼렌즈는 쉽게 구할 수 있는 락카 스프레이를 유리에 뿌리는 방식으로 제작했으며 빛이 나노입자 층을 통과하는 산란광의 분포를 파악하고, 빛의 위상을 제어하는 파면조절기를 통해 정밀하게 빛의 위상을 조정해 초고해상도 초점을 형성했다.

즉, 나노입자 주변에서 소멸되는 산란광을 줄이려는 기존의 방식에서 벗어나 산란광들을 정밀 조절하는 방식으로 값싸고 응용성이 높은 초고해상도 이미징 기술을 개발한 것이다.

공동 제1저자인 박충현 박사와 박정훈 카이스트 학생은 "이번 연구가 나노광학 산업계에 종사하는 연구자에게 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다"며 "반도체 공정의 리소그래피, 광통신 등의 분야에서도 적극 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업의 지원으로 수행됐으며 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 28일자 온라인판에 게재됐다.

김보경 기자 bkly477@