14일 미래창조과학부는 김대식 서울대 교수와 이상민 아주대 교수 공동 연구팀이 이같은 연구 성과를 물리학 분야 국제 학술지인 ‘피지컬 리뷰레터스(Physical Review Letters)’ 9월16일자 온라인판 표지 논문으로 게재했다고 밝혔다.
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| 옹스트롬 크기의 금속 틈에서의 빛의 초집속. 구리-그래핀-구리 구조에서 형성된 두 개의 반데르발스 틈이 옹스트롬 크기의 금속 틈을 형성하고 그 틈에 밀리미터 파장의 테라헤르츠파가 강하게 집속되는 이미지. |
연구팀은 평행하게 배열된 두 금속 필름 사이에 이차원 물질인 ’그래핀‘을 수직으로 끼워 넣는 방식으로 1옹스트롬의 금속 틈 구조를 만들었다. 일반인에게 낯선 단위인 1옹스트롬은 0.1나노미터(㎚=10억분의 1ｍ)와 같은 값으로 원자 하나 크기다. 이런 금속 틈 구조는 이론적으로 빛을 모을 수 있는 가장 작은 공간으로 알려져 있다.
이후 연구팀은 이 틈 속의 길이를 수 밀리미터로 길게 만들어서 틈의 크기보다 천만배는 더 큰 파장을 지닌 테라헤르츠파를 모아 투과하는데 성공했다. 테라헤르츠파를 1옹스트롬 틈에 쪼이면 틈 양쪽의 금속 표면에 전류가 유도되고 이 때문에 전하가 모이게 되는데, 이때 마치 깔때기에 물이 빨려 들어가는 것처럼 테라헤르츠파가 자신보다 훨씬 작은 틈을 통해 들어가는 것을 확인한 것이다.
연구팀은 “지난 10년간 테라헤르츠파를 파장보다 작은 구멍에 집속시키려는 노력을 통해 틈의 크기를 밀리미터 수준에서 나노미터 수준으로 줄여왔고, 이번 연구를 통해 빛을 파장보다 천만 배 작은 틈에 집속시키는 세계 기록을 세웠다”고 덧붙였다.
연구팀은 이번 연구결과가 옹스트롬 광학의 발판을 마련해 전자소자 분야 등 첨단분야 혁신에 도움이 될 것으로 기대했다.
dsun@heraldcorp.com
