[에듀플러스]김동현 연세대 교수팀, 빛과 열의 에너지 상호 교환 나노 기술로 관측

(왼쪽부터) 김동현 교수, 이홍기 연구원(공동 제1저자), 임성민 연구원(공동 제1저자). 사진=연세대

연세대는 김동현 전기전자공학과 교수팀이 금속 나노 구조에서의 광 흡수 및 근접장 강화 동시 측정 기술을 개발 플라즈모닉 발열에 의한 빈선형 광 특성을 세계 최초로 밝혔다고 18일 설명했다.

김 교수 연구팀은 금속 나노 구조에서 발생하는 열과 근접장 강화를 측정하기 위해 각도 분해 근접장 주사 광학 현미경 시스템을 개발했다. 해당 시스템은 입사광의 각도, 편광, 파장, 출력 등을 조절할 수 있는 광 입사 시스템과 근접장 주사 광학 현미경이 결합 돼 다양한 플라즈몬 공명 형상을 유도하고 측정할 수 있다.

특히, 소리굽쇠와 연결된 조리개 기반 근접장 주사 광학 현미경 탐침은 광 흡수에 의한 종축(縱軸) 열팽창을 정밀하게 측정한다. 조리개와 커플링 된 근접장은 광섬유를 따라 광 증폭관을 통해 측정할 수 있다.

표면 플라즈몬을 유도하는 과정은 필연적으로 열이 발생했다. 또한 계산상으로 예측하기 힘든 잡음이 발생해 센서 및 이미징 시스템의 비선형적 성능 저하로 이어진다는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 다양한 발열 특성 측정 기술들이 제시됐지만, 근접장 강화와 광 흡수를 동시에 측정할 수 있는 기술이 없어 플라즈모닉 발열에 의한 표면 플라즈몬의 비선형 광 특성은 여전히 난제로 꼽혀왔다.

연구팀은 이 기술을 활용해 기존에는 원거리장 영역에서의 산란을 통해 비간접적으로만 측정이 가능했던 플라즈모닉 발열에 의한 비선형 광 특성을 근접장 영역에서 세계 최초로 측정하는데 성공했다. 또한 이를 광열 회귀 분석법을 활용한 시뮬레이션을 통해 검증했다.

연구팀은 “기존에는 불가능했던 근접장 강화와 광 흡수의 동시 측정을 가능케 했다는 점, 플라즈모닉 발열에 의한 표면 플라즈몬의 비선형 광 특성의 실험적 규명을 했다는 점에서 의미가 있다”며 “연구에서 활용된 시스템은 나노 광학 분야의 핵심 기반 기술인 동시에 광촉매 등 화학 분야와 친환경 에너지 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 연구 결과는 한국연구재단 기초연구실지원사업 및 4단계 BK21 사업 'Y-BASE 지능정보 교육연구사업단'의 지원으로 수행됐다. 연구의 우수성을 인정받아 나노 과학 기술 분야 세계 최상위 저널인 '나노 레터스(Nano Letters, IF=10.8, JCR 상위 7%)' 커버로 선정됐으며, 지난달 26일 온라인 게재됐다.

이지희 기자 easy@etnews.com