국내 연구팀 ‘나노 렌즈’ 첫 합성

김광수 포스텍 화학과 교수.

김광수 교수팀 ‘네이처’ 게재

빛의 파장(400~700㎚)보다 더 작은 물체는 광학 렌즈로 볼 수 없다고 알려져 있다. 하지만 렌즈가 빛 파장만큼이나 작아지면 빛 파장의 절반보다 더 작은 거리도 식별할 수 있다는 사실이 국내 연구팀에 의해 처음 밝혀졌다.

김광수 포스텍 화학과 교수 연구팀은 22일 “렌즈의 크기가 빛의 파장 길이와 비슷해지면, 일반 상식과 달리 빛이 렌즈를 통과할 때 매우 짧은 초점거리를 형성한다는 사실을 처음 발견했다”고 밝혔다. 국제 과학저널 <네이처> 23일치에 발표되는 이번 실험엔 연구팀이 칼릭스하이드로퀴논(CHQ)이라는 유기분자의 자기조립 성질을 이용해 합성한 500~1000㎚급 나노 렌즈가 쓰였다. 연구팀은 50㎚부터 3000㎚까지 여러 지름의 렌즈들을 합성하는 데에도 성공했다.

김 교수는 “빛 파장의 절반보다 작은 거리는 일반 광학 렌즈로는 분간할 수 없으며 이를 ‘광학 회절 한계'라 불러왔는데, 이번 실험에 쓰인 나노 렌즈에선 이런 회절 한계를 넘어 빛 파장의 절반보다 더 작은 간격도 식별할 수 있다는 사실이 밝혀졌다”고 말했다. 이는 기존 광학에선 알려지지 않았던 ‘나노 광학'의 새로운 현상이다.

전자현미경은 원자 수준의 영상까지도 보여주지만 전자를 쏘아 물체와 부딛혀 산란되는 전자빔을 통해 얻은 영상인데 견줘, 나노 렌즈는 미시계 실물의 광학 정보를 있는 그대로 보여줄 수 있다는 점에서 다르다. 이번 연구성과는 일반 광학 현미경으론 볼 수 없었던 미세 구조의 이미지 해석이나 차세대 나노 광학소자 개발 등에 응용될 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

오철우 기자 [e-mail]