대법원2009도1746;한국슈넬제약.네이쳐지7월23일.나노크기의렌즈.김주성23.

세계 최초로 나노크기의 렌즈 합성

뉴스일자: 2009년07월23일 06시51분

글로벌연구실(GRL) POSTECH 김광수 교수팀 세계 최초로 나노크기의 렌즈 합성 네이처誌 발표, “기존 광학적 한계를 뛰어넘는 해상도” □ POSTECH(포항공과대학교) 화학과 김광수 교수팀이 세계 최초로 머리카락 굵기보다 수백배 작은 나노미터(nm)급의 렌즈의 합성에 성공하였다. ○ 연구팀은 이 렌즈의 특성을 연구한 결과, 렌즈의 크기가 빛의 파장만큼 작아질 때, 기존의 기하광학에서는 불가능한 이론적 극한치(회절 한계)인 빛의 반파장보다 더 작은 크기를 식별할 수 있는 고해상도를 보여주는 새로운 물리 현상을 밝혀냈다. ○ 김광수 교수의 주도하에 박사과정 이주영(30, 李周映)씨ㆍ홍병희(38, 洪秉熙, 성균관대 화학과) 교수가 공동으로 참여한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 운영하는 ‘글로벌연구실(Global Research Lab)' 사업의 지원하에 수행되었으며, 연구 결과는 세계최고 권위의 과학저널인 네이처(Nature)지에 7월 23일 게재됐다. □ 김 교수팀은 유기물질인 칼릭스하이드로퀴논(CHQ) 분자는 자기 조립을 통해 나노미터 크기의 단면 볼록렌즈를 형성된다는 것을 발견하고, 렌즈 크기가 빛의 파장과 비슷하게 되면, 빛은 회절과 간섭 현상을 통해서, 상식과는 달리, 빛의 경로가 곡선 궤적을 그려, 렌즈는 매우 짧은 초점거리를 가지게 됨을 밝혀냈다. ○ 나노렌즈의 이러한 특징은 기존 광학 현미경에서는 구분할 수 없는 미세 패턴이 뚜렷이 확대된 이미지로 얻어져, 기존의 광학적 한계를 넘는 해상도를 보여 주었으며, ○ 정확한 전자파 시물레이션을 통해 실험에서 얻은 나노렌즈의 특이한 광학 현상을 입증하고, 이에 대한 새로운 물리적 현상*을 이론적으로 규명하였다. * 빛의 파장 길이의 반보다 작은 두 물체 간의 거리는 일반 광학렌즈로는 분간할 수 없으며, 이 같은 극한치를 광학적 ‘회절 한계’로 부른다. 그러나 이번 연구 결과에서는, 나노렌즈가 이 회절 한계를 넘어 빛의 파장(400-700 nm)의 절반보다 더 작은 간격을 식별할 수 있음을 밝혀냈다. 이러한 회절한계를 넘는 것은, 기존에 제안된 다른 방법들과는 전혀 다르게, 렌즈가 나노 크기로 작아짐에 따른 예상외의 나노 광학현상으로, 새로운 이론에 기초한 새로운 한 영역을 개척한 성과로 평가받고 있다. ○ 나노렌즈의 광학적 특성은 일반 광학 현미경으로 관측하지 못하던 미세 구조의 이미지 해석, 미세 구조 분석을 위한 분석신호의 강화, 나노소자 개발에 필요한 광학적 패턴 뜨는 기술 향상 등, 다양한 활용이 가능하며, 차세대 나노광학소자 개발에도 응용될 것으로 전망된다. □ POSTECH 김광수 교수팀의 주도로 이루어진 이번 연구는 보다 정확한 검증을 위해 글로벌연구실(GRL) 사업의 공동연구자인 필립 김 (Philip Kim, 미국 컬럼비아대학교) 교수, 컬럼비아 대학의 Wong 교수 및 Kaufman 교수 등도 참여 하였으며, 이는 화학ㆍ물리ㆍ기계공학 분야의 학제간 융합을 통해 이루어진 연구로 국내외 우수 연구자들 간 학제간 융합연구의 모범적인 모델로 자리매김할 것으로 기대된다. 용 어 설 명 1. 회절(回折, diffraction) ○ 입자가 아닌 빛, 소리와 같은 파동에서만 일어나는 현상이다. 파동이 장애물에 부딪쳐 퍼지거나, 장애물의 작은 틈이나 구멍을 통과하면서, 일부 굴절에 의한 장애물 통과 및 장애물 주변 및 뒤쪽까지 돌아가는 현상이다. 회절의 정도는 장애물과 장애물 틈의 크기와 파장에 영향을 받는다. 2. 회절한계 ○ 렌즈를 통해 분간해 낼 수 있는 두 물체 간의 최소 거리는 빛 파장의 반 이하가 되면 이론적으로 그 구분이 불가능하다. 사 진 설 명 1. CHQ 나노렌즈 나 노렌즈 주사전자현미경 사진과 미세 패턴의 확대된 이미지를 보여주는 광학현미경 사진. CHQ 나노렌즈는 CHQ 유기분자들의 자기조립 현상을 통해 형성된다(가). 나노렌즈의 탁월한 해상도는 광학현미경으로 구분되지 않는 라인 패턴 위에 나노렌즈를 올려 현미경으로 관찰하는 실험을 통해 확인할 수 있었다. 최대 파장이 472nm인 입사빔의 광학 회절한계는 262nm에 해당한다. 광학현미경으로 보이지 않던 250nm 간격의 미세 라인 패턴은 나노렌즈를 통해 뚜렷하게 확대된 이미지를 보여준다(나). 나노렌즈는 최대 220nm 간격까지 구분할 수 있는 해상도를 가진다. 2. 나노렌즈의 전자파 시뮬레이션 기 하광학에 따른 광선 경로의 시뮬레이션(가), 나노렌즈의 전자파 시뮬레이션 (나)과 그 3차원 이미지(다). 렌즈의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 클 경우 기하광학에서는 렌즈를 통한 빛의 경로는 (가)와 같이 직선으로 표시한다. 그러나 렌즈의 크기가 나노크기로 감소되어 파장의 크기 정도로 작아진다면 빛의 경로는 기하광학과는 다른 현상을 보여준다. 정확한 전자기파 시뮬레이션 결과를 통해 나노렌즈가 아주 짧은 초점거리와 곡선의 빔 궤적을 가진다는 것을 알 수 있다(나). 이 뉴스클리핑은 http://koreadefence.net에서 발췌된 내용입니다.