김상섭 기자
(뒷줄 좌측) 김태훈(인천대 물리학과 학부 4학년), 이덕형 교수(UNIST 물리학과 연구교수), 이지예 박사(삼성반도체 연구소), 김성훈(인천대 물리학과 석사과정생)
(뉴스통신=김상섭 기자) 인천대 등 3개 공동연구팀이 단일 금나노입자를 밀리미터파로 감지하는 것을 최초성공했다.
22일 인천대학교(총장 박종태) 물리학과 박영미 교수팀이 단일 금 나노입자를 광집게 기술을 이용해 밀리미터파로 감지하는 것을 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.
연구성과는 UNIST 김대식 교수팀, 한국과학기술연구원 및 고려대학교 KU-KIST 서민아 교수와 함께 이뤄냈다.
나노공진기인 보우타이 나노안테나로 밀리미터파를 나노미터 크기로 집속시키고, 집속된 곳에 광집게기술로 금 나노입자를 포획시켜 금 나노입자를 밀리미터파로 감지한 것이다.
파장이 밀리미터 크기인 THz파(테라헤르츠파)는 6G이동통신용 주파수 대역임과 동시에 생화학적 분자의 고유진동에 민감해 비파괴 방식의 바이오 센싱 분야에 활용 가능성이 크다.
하지만 파장보다 매우 작은 크기의 물질을 감지하기 어려운 전자기파의 파장한계 특성때문에 마이크로미터 혹은 나노미터 크기의 입자를 테라헤르츠파로 감지하는 것은 매우 어렵다.
전자기파를 나노크기로 집속할 수 있는 테라헤르츠 나노공진기를 이용해 파장한계를 극복하려는 연구가 수행된 바 있다.
그러나 전자기파가 집속된 곳에 나노물질을 정확하게 위치시키는 것이 어려웠기때문에 다량의 나노입자를 나노공진기에 뿌려야 했고 특정 단일나노입자를 감지하는 것은 불가능했다.
연구팀은 이러한 문제점을 극복하기 위해 1)테라헤르츠파를 나노미터 크기로 집속시키는 보우타이 모양의 나노공진기를 제작했다.
그리고 2)빛으로 특정 나노입자를 원하는 위치에 포획하는 광집게 기술을 이용해 단일 금 나노입자를 보우타이 나노공진기 내 테라헤르츠파가 강하게 집속되는 곳에 위치시켰다.
연구팀은 금속 나노공진기를 이용, 광집게 기술을 접목시켜 테라헤르츠 전자기파 반사 실험을 통해 밀리미터 파장으로 나노미터 크기인 단일 금속입자를 감지하는 데 성공했다.
이번 연구는 나노입자를 이용한 분자감지 기술의 민감도를 향상시키는 방법을 제시해 생명공학, 광화학, 의료 및 6G 통신용 테라헤르츠 능동메타소자 등에 활용될 것으로 기대된다.
연구주도 박영미 교수는 “나노입자와 공진기의 상대적 위치에 따른 상호작용을 조절할 수 있는 획기적인 도구가 발명된 셈”이라며 “빛-물질 상호작용 연구에 새로운 전기가 마련됐다”고 밝혔다.
이번연구는 세계적권위 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 이달 6일 논문명 Optical Tweezing Terahertz Probing for a Single Metal Nanoparticle으로 온라인 게재됐다.
그리고 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받아 이뤄졌다.
