도미노로 만든 양자광학용 '나노안테나'

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 나노미터 수준에서 일어나는 양자광학 현상을 관찰할 수 있도록 초고밀도로 빛을 모으는 나노광학 안테나를 개발했다.

과학기술정보통신부는 노준석 포항공과대학교 교수의 연구팀이 원자수준 해상도의 나노안테나와 이를 제작하기 위한 나노공정 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 관련 연구 논문은 재료공학 분야 국제 학술지인 머티리얼즈투데이에 2일(현지시간) 실렸다.

연구팀은 도미노 놀이에서 영감을 얻어, 연속 도미노 리소그래피 기술을 개발했다. 이 기술은 빛이나 전자빔에 의해 화학적 특성이 변하는 고분자 재료를 뜻하는 포토레지스트로, 기둥 형태의 구조를 만들고 이를 고의로 쓰러뜨려 원하는 나노 패턴을 만들어내는 새로운 형태의 나노 공정 기술이다.

연구팀은 이 기술을 활용해 날카로운 나노 구조를 구축하는데 성공했으며, 나비넥타이(bowtie) 형태의 나노안테나를 개발하기도 했다. 연구팀은 일반적인 나노구조 제작에 사용되는 전자빔 리소그래피 기술을 기반으로, 도미노에서 일어나는 구조의 쓰러짐 현상을 포토레지스트 구조에 의도적으로 접목시켰다. 또 쓰러진 구조의 선과 선이 만나는 곳의 이상적인 뾰족한 부분을 활용해 1나노미터 이하의 곡률을 갖는 뾰족한 나노구조를 만들었다.

새로운 광학 현상을 탐구하기 위해서는 10nm 미만의 크기의 구조를 정교하게 제작하고 배열하는 기술이 필수적이다. 하지만 전자와 이온의 물리적인 회절 문제로 인해, 10나노미터 이하의 나노구조를 정교하고 날카롭게 제작·가공하는 것은 난제였다.

또한 연구팀은 나비넥타이 모양의 나노 안테나로 단분자 수준을 검출할 수 있는 초고민감도 바이오센서를 실험적으로 구현했다.

연구팀 측은 "극한 광 집속 나노안테나는 이러한 극한 나노광학 연구뿐 만 아니라, 단일 나노미터 수준의 해상도를 갖는 나노리소그래피 기술, 양자 정보 기술을 위한 고효율 단일 광자 소스 등과 같은 새로운 나노공학 분야를 개척할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr