국내 연구진, 나노미터 이하 작은 규모 측정 기술 수준 획기적 향상

[이데일리 이연호 기자] DNA의 움직임과 같이 원자 크기보다도 작은 미세한 동적 변화를 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다. 김승철 교수(부산대)와 김영진 교수(싱가포르 난양공대) 공동연구팀이 나노미터 이하의 작은 규모를 측정하는 ‘플라즈모닉 자(ruler)’ 기술의 분해능과 속도를 획기적으로 향상시켰다고 한국연구재단은 13일 밝혔다.

나노입자 움직임에 의한 펨토초 레이저 ‘광 빗’의 위상 변화. 시간에 따라 변화하는 금속 나노입자 쌍의 간격을 측정하기 위해서 광대역 펨토초 레이저 ‘광 빗’을 쏴준다. 그러면 나노입자 쌍의 간격 변화에 따라 빛의 위상(무지개 빛)이 다르게 측정된다. 이 원리를 그림으로 표현했다. 그림=한국연구재단.

플라즈모닉 자(ruler) 기술은 나노미터 규모의 정교한 길이를 측정할 수 있게 해준다. 바이오·의료 분야에서 DNA 또는 RNA의 실시간 거동을 모니터링하거나 기초물리 분야에서 양자역학을 이해하는데 필수적인 기술이다.

연구팀은 펨토초 레이저를 이용해 플라즈모닉 자의 분해능이 240배 정교해지고 측정 속도가 1000배 빨라지며 주변 환경에 대해 둔감한 특성을 구현했다. 개발된 기술에서 분해능은 1.67피코미터(pm)으로 보고됐다.

기존에는 빛이 물질에서 산란·흡수된 강도를 이용해 물질의 움직임을 측정했다. 반면 이 연구에서는 펨토초 레이저를 쏴주었을 때 빛의 위상이 수백 테라헤르츠파(1012Hz)에서 마이크로파(109Hz) 영역으로 변화되는 것을 측정함으로써 빠른 속도와 높은 정확도를 구현했다.

김승철 교수는 “DNA·RNA 움직임 관찰, 양자역학 연구 뿐 아니라 전자주사현미경 등 초정밀 장비들의 피코미터급 보정과 표준 확립에도 적용될 수 있을 것”이라고 연구의 기대효과를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업 및 기초연구사업(기초연구실), 싱가포르연구재단의 지원으로 수행됐다. 세계적인 권위지 네이처 피직스(Nature Physics)에 11월 5일 게재됐다.