포스텍은 물체를 보이지 않게 하는 ‘메타물질’에서 아주 작은 물질까지 잘 볼 수 있도록 돕는 모순적 기능을 새롭게 확인했다.

투명망토 물질로 알려진 메타물질은 빛의 파장보다 작은 크기의 인공원자를 정밀하게 설계해 빛의 성질을 조절함으로 물체를 보이지 않게 한다.

이번 연구를 통해 메타물질을 현미경에 적용해 ‘보이지 않게’ 하는 것이 아니라 나노미터 단위의 아주 작은 분자까지 ‘꿰뚫어’ 볼 수 있게 됐다.

노준석<사진> 포스텍 기계공학과·화학공학과 교수 팀은 빛을 정교하게 조절할 수 있는 메타물질의 특징을 레이저 스캐닝 현미경에 적용, 축 해상도를 증가시키는 결과를 얻었다.

레이저에서 입사되는 빛과 메타물질에서 반사되는 빛의 간섭효과를 조절해 해상도가 증가된 이미지를 획득할 수 있게 된 것이다.

이렇게 얻은 2차원의 이미지를 쌓아 올리면 정교한 3차원 이미지를 얻을 수 있다.

두 물체의 거리가 나노미터 단위만큼 가까워지면 빛의 퍼짐 현상 때문에 현미경으로 보더라도 하나로 보인다.

따라서 기존의 광학 현미경으로는 두개의 물체를 구분해 낼 수 없었다.

연구팀은 메타표면에 특정 패턴을 설계하고 형광 현미경에 적용해 관찰하고자 하는 물체에 특정 파장의 빛을 쪼임으로써 기존 시스템보다 1.71배 증가된 결과를 얻었다.

지금껏 아주 작은 분자나 세포 속까지 관찰하기 위해서는 광학 현미경에 전자 장비를 적용해야 했다.

메타표면을 활용하면 값비싼 전자 장비를 대체해 비교적 적은 비용으로 초고해상도 현미경(10nm 미만)과 광학 현미경(150~200nm) 사이에 있는 100~150nm 크기의 물체를 관찰할 수 있다.

이 기술은 생물, 의학, 병리학 등 다양한 분야에서 생물·물리 현상을 규명하는데 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

이번 연구성과는 광학 및 물리 분야 학술지 ‘옵티컬 머터리얼스 익스프레스(Optical Materials Express)’와 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)’를 통해 소개됐다.