국내연구진, 세계 최초 '나노렌즈' 합성

네이처에 발표, 기존 광학적 한계 뛰어넘는 해상도

국내연구진에 의해 머리카락 굵기보다 수백배 작은 나노미터(nm)급 렌즈가 개발됐다.

교육과학기술부(장관 안병만)는 포항공과대학교(POSTECH) 화학과 김광수 교수팀이 세계 최초로 나노미터(nm)급 렌즈의 합성에 성공했다고 23일 밝혔다.

김광수 교수의 주도하에 박사과정 이주영 씨, 홍병희 성균관대 화학과 교수 등이 공동으로 참여한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 운영하는 '글로벌연구실(Global Research Lab)' 사업의 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 네이처(Nature)지 23일자에 게재됐다.

연구팀은 유기물질인 '칼릭스하이드로퀴논(CHQ)' 분자는 자기조립을 통해 나노미터 크기의 단면 볼록렌즈를 형성한다는 것을 발견하고 이를 통해 렌즈 크기가 빛의 파장만큼 작아지게 되면 빛은 회절과 간섭 현상을 통해 곡선 궤적을 그리고, 렌즈는 매우 짧은 초점거리를 가지게 됨을 밝혀냈다.

'회절'은 빛, 소리와 같은 파동에서만 일어나는 것으로 파동이 장애물에 부딪쳐 퍼지거나 장애물의 작은 틈을 통과하면서 장애물 주변 및 뒤쪽까지 돌아가는 현상을 말한다.

연구팀에 따르면 나노렌즈의 이같은 특징은 기존 광학 현미경에서는 구분할 수 없는 미세 패턴도 뚜렷하게 확대할 수 있어 광학적 한계를 넘는 해상도를 보여준다.

연구팀은 정확한 전자파 시뮬레이션을 통해 실험에서 얻은 나노렌즈의 특이한 광학 현상을 입증하고 이를 이론적으로 규명했다.

연구팀 관계자는 "빛의 파장 길이의 반보다 작은 두 물체 간의 거리는 일반 광학렌즈로는 분간할 수 없으며 이 같은 극한치를 광학적 회절 한계라고 부른다"면서 "이번 연구 결과는 나노렌즈가 이 회절 한계를 넘어 빛의 파장의 절반보다 더 작은 간격을 식별할 수 있음을 밝혀낸 것"이라고 설명했다.

이같은 연구결과는 렌즈가 나노 크기로 작아짐에 따른 나노 광학현상으로, 기존의 기하광학과 다른 새로운 한 영역을 개척한 것으로 평가받고 있다.

연구팀 관계자는 "나노렌즈의 광학적 특성은 일반 광학 현미경으로 관측하지 못하던 미세 구조의 이미지 해석, 미세 구조 분석을 위한 분석신호의 강화, 나노소자 개발에 필요한 광학 기술 향상 등에 활용이 가능하며 차세대 나노광학소자 개발에도 응용될 것으로 전망된다"고 밝혔다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr