편광 나노 분석기, 국내연구진 개발성공

[산업일보]
빛의 자기장 편광 나노 분석기가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 김대식 교수(48세)가 주도하고 박남규 교수, 김현우 박사, 구석모 학생, 김규환 학생이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 선도연구센터(SRC)와 글로벌연구실(GRL)사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 세계 최고 권위의 과학 전문지 ‘네이처’의 온라인 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, 8월 23일)‘에 게재된 것.(논문명 : Bethe-hole polarizaion analyser for the magnetic vector of light)

지금까지 전 세계 연구자들은 빛의 자기장 편광 측정이 사실상 불가능하다고 여겨왔다.

가시광선 영역에서 빛의 자기장은 일반적인 물질과 반응하지 않는다. 따라서 자기장 편광을 정확히 알기 위해서는 전기장 편광을 측정한 후 맥스웰 방정식을 이용해 간접적으로 자기장 정보를 얻어야 하는데, 이 방법은 전기장의 편광 방향뿐만 아니라 위상 정보까지 필요해 복잡한 시스템과 오랜 측정 시간이 단점으로 제기되었다.

김 교수 연구팀은 빛의 파장보다 작은 구멍을 이용해 자기장 편광을 분석할 수 있음을 발견했다.

김 교수팀은 금속평면 위에 빛의 파장보다 작은 크기의 구멍(Bethe 구멍)이 있을 때, 이 구멍과 빛이 반응하여 만드는 표면 전류의 방향이 빛의 자기장의 방향과 연관성을 갖는다는 사실에 주목, 베테 구멍을 직접 제작하여 빛과의 반응을 연구한 결과, 이 베테 구멍은 빛의 자기장과만 반응하여 빛을 투과시킨다는 새로운 사실을 확인할 수 있었다.

김 교수팀은 자체 개발한 자기장 편광 탐침으로 자기장 편광 측정에 성공했ㅇ며 다른 편광을 지닌 두 빛을 서로 중첩시켜 전기장과 자기장이 서로 평행한 방향으로 진동하는 특수한 빛을 직접 만들고, 근접장 광학 현미경 탐침에 베테 구멍을 결합시켜 자기장 편광 탐침을 개발하고 이를 이용해 자기장 편광을 측정했다.

김대식 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 미지의 영역으로 여겨졌던 빛의 자기장 편광 방향을 측정하고 파장 이하의 분해능을 가진 자기장 편광 분석기를 자체 개발함으로써, 자기장 조절 메타물질이나 나노플라즈모닉스 소자 개발에 응용될 수 있는 가능성을 보였다”고 연구의의를 밝혔다.