나노구조의 미세정보까지 관찰하는 ‘근접장 주사광학현미경’ 등장

IBS, 나노미터 크기의 탐침 구멍 안 미세정보 구분
초소형 반도체, 나노포토닉스 등에 활용 기대
국내 연구진이 지금껏 관찰하기 어려웠던 나노구조의 미세정보까지 관찰할 수 있을 정도로 해상도를 높인 '근접장 주사광학현미경'을 개발했다.

기초과학연구원(IBS)은 분자분광학 및 동력학연구단 최원식 부연구단장 연구팀이 김명기 고려대 교수 연구팀과 함께 기존 근접장 주사광학현미경의 해상도를 높이는 이미징 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

근접장 주사광학현미경은 작은 구멍이 뚫린 탐침을 시료 표면에 20㎚(나노미터) 까지 근접시켜 시료의 높이 정보를 파악하면서 작은 구멍을 통과한 광신호로 시료를 이미징한다. 나노미터 크기의 아주 미세한 세계를 관찰하는 유용한 도구이지만, 탐침에 뚫린 구멍 크기보다 작은 것은 구분할 수 없는 단점이 있다.

구멍크기를 작게 만들수록 해상력은 높아지지만, 광신호 세기가 작아져 측정 자체가 어려워 구멍 크기가 150㎚보다 작은 미세구조는 관찰할 수 없다.

연구팀은 유리 표면을 금으로 코팅한 후, 집속이온빔 장비를 이용해 50㎚ 간격으로 두 개의 직사각형 형태의 이중 슬릿 나노구조'를 만들어 해상력을 높였다. 이중 슬릿 나노구조에 비스듬하게 빛을 입사시키면 빛이 슬릿에 걸리는 위상차로 인해 아주 약한 반대칭 모드를 형성한다. 지금까지 빛의 세기가 강한 대칭 모드에 가려져 이미징하기 어려운 반대칭 모드를 찾아내 탐침 구멍의 3분의 1 수준까지 구분할 수 있을 정도로 해상력을 개선하는 데 성공했다. 숨어있는 여러 개의 모드를 모두 찾아내 시각화할 수 있어 더욱 미세한 정보 획득이 가능하게 된 것이다.

최원석 부연구단장은 "진공상태에만 시료를 미세 관찰할 수 있는 전자현미경과 달리 근접장 주사광학현미경은 일반 대기 상태에서 시료를 관찰할 수 있어 상호 보완적으로 나노 세계를 관찰하는 시야를 넓히는 데 활용될 것"이라며 "앞으로 초소형 반도체, 나노포토닉스 등의 발전과 함께 나노미터 수준의 해상력을 갖는 이미징 기술의 중요성은 더욱 커질 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(22일자)' 온라인판에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr