IBS, 나노 구조 관찰하는 초미세현미경 개발

고려대와 공동 연구…근접장 주사광학현미경 해상력↑

국내 연구진이 나노 세계에서 벌어지는 현상까지 관찰할 수 있는 근접장 주사광학현미경(NSOM·Near-field Scanning Optical Microscopy) 해상력을 높이는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장(고려대 물리학과 교수) 연구팀이 김명기 고려대 KU-KIST융합대학원 교수팀과 기존 근접장 주사광학현미경 해상력을 향상시키고 관찰이 어려웠던 나노 구조 미세정보까지 파악할 수 있는 이미징 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구진은 유리 표면을 금으로 코팅하고 50㎚ 간격을 둔 두 개의 직사각형 모양으로 코팅을 일부만 벗겨냈다. 이렇게 준비한 '이중 슬릿 나노 구조'는 근접장 주사광학현미경의 해상력을 평가하는 표본으로 사용된다.

이중 슬릿 나노 구조에 비스듬하게 빛을 입사시키면 아주 약한 반대칭모드가 형성된다. 반대칭모드는 이중 슬릿이 두 개임을 구분할 수 있는 미세정보를 담고 있다. 기존 기술로는 세기가 강한 대칭모드에 가려진 반대칭모드를 측정하기 어려웠다.

연구진은 근접장 주사광학현미경에 여러 각도로 빛을 쪼일 때 발생하는 근접장을 측정하고 기록하는 기술을 추가했다.

이후 여러 장의 근접장 기록을 통합해 숨겨진 반대칭모드를 시각화했다. 이중 슬릿을 하나의 사각형으로 인식하던 기존 기술과 달리 개발된 현미경은 두 개의 직사각형을 시각화할 수 있다.

현재 수 나노미터 수준의 미세 관찰을 위한 기술로 전자현미경을 사용한다. 그러나 전자현미경은 진공 상태에서 금속 재료의 미세 관찰만 가능하다.

반면 근접장 주사광학현미경은 일반 대기 상태에서 금속이 아닌 재료도 관찰할 수 있다. 연구진은 기존 전자현미경과 상호보완적으로 나노 세계를 관찰하는 시야를 넓혀갈 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 온라인 판에 게재됐다.

최원식 부연구단장은 “초소형 반도체, 나노포토닉스 등 발전과 함께 나노미터 수준의 해상력을 갖는 분광기술의 중요성이 점점 커지고 있다”면서 “더 복잡하고 미세한 나노 구조까지 파악할 수 있도록 기술을 개선해나가겠다”고 말했다.

대전=양승민기자 sm104y@etnews.com