국내 연구진이 광학렌즈의 한계를 극복할 수 있는 슈퍼렌즈로 수 백 나노미터 크기 물체의 초고해상도 실시간 영상 관찰에 성공했다.

KAIST(한국과학기술원·총장 강성모)는 박용근·조용훈 물리학과 교수 연구팀이 100nm(나노미터·10억분의 1미터) 크기의 이미지를 2차원 실시간 관찰하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

빛의 굴절을 이용하는 광학렌즈는 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 회절한계 때문에 가시광선 영역에서 200~300nm 이하의 물체는 관찰이 불가능했다.

연구팀은 지난 4월 페인트 스프레이를 이용해 초정밀 반도체 공정이나 세포 구조 관찰이 가능한 기존 광학렌즈보다 해상도가 3배 이상 뛰어난 슈퍼렌즈를 세계 최초로 개발했고, 이를 활용해 빛의 회절한계를 극복할 수 있었다.

연구팀은 공간으로 퍼지지 않고 물체 표면에 남아있는 빛인 고주파 근접장이 빛의 산란 때문에 사라지는 것을 막기 위해 산란 물질이 밀집한 나노 입자로 구성된 페인트 스프레이를 사용했다.

이를 통해 관찰된 이미지에 대한 정보에 가역성(시간을 거꾸로 되돌리면 처음 물체 상태로 돌아가는 성질)을 계산해 나노 크기의 이미지를 구현해 냈다. 피사체의 특정위치에서 피사체가 지나온 궤적을 되돌리면 처음 위치를 알 수 있는 원리다.

박용근 교수는 "개발된 기술은 광학 측정과 제어가 요구되는 모든 분야에서 핵심 기반 기술로 사용될 수 있다"며 "기존의 전자 현미경은 세포가 파괴되는 단점이 있지만 이 기술을 이용하면 세포파괴 없이 초고해상도로 관찰할 수 있다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 물리학분야 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 9일자 온라인판에 게재됐다.