KAIST 물리학과 교수팀이 개발한 산란 슈퍼렌즈 기술의 모식도. © News1 박지선 기자

광학렌즈보다 3배 정도 뛰어난 해상도를 갖는 신개념 슈퍼렌즈 기술이 개발됐다.이로써 100나노미터 크기의 세포내 구조나 바이러스를 볼 수 있는 것은 물론 광통신, 최첨단 반도체 공정 등에도 응용 될 것으로 기대된다.

28일 미래부와 한국연구재단에 따르면 KAIST 물리학과 박용근, 조용훈 교수 연구팀이 이번 연구를 수행했다.

빛의 굴절을 이용한 기존의 광학렌즈와는 달리 이번 슈퍼렌즈는 빛의 산란을 이용해 성능을 높였다.굴절을 이용하면 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 ‘회절한계’ 특성으로 인해 가시광선 영역에서 200~300nm보다 작은 물체는 관찰할 수 없다.

특히 빛의 파장의 절반보다 작은 나노크기 물체의 경우 산란광 대부분이 물체 주변에만 머물러 있어 광학현미경으로는 분간이 되지 않는다.
KAIST 물리학과 박용근, 조용훈 교수. © News1 박지선 기자
연구팀은 손쉽게 구할 수 있는 락카 스프레이를 유리에 뿌리는 방식으로 산란 슈퍼렌즈(scattering super-lens)를 구현해냈다.

무작위 나노 입자로 구성된 층에 들어가는 레이저를 제어하면, 수많은 산란 후 빛이 한 점에 모일 때 빛의 회절한계를 뛰어넘는 광초점을 형성할 수 있는 원리를 이용했다.

나노입자 주변에서 소멸되는 산란광을 줄이려는 기존의 방식에서 탈피한 발상의 전환으로, 값싸고 응용성이 높은 초고해상도 이미징 기술을 개발했다는 설명이다.

이번 연구논문의 공동 제1저자인 KAIST 박정훈 학생, 박충현 박사는 “산란을 이용해 빛을 제어함으로써 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.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 4월 28일자 온라인판에 게재됐다.

한편 신종화 KAIST 신소재공학과 교수, 고승환 KAIST 기계공학과 교수, 남기태 서울대 재료공학과 교수 등 다양한 분야의 연구팀이 참여한 폭넓은 융합연구로 진행됐다.


pencils31@gmail.com