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[김동언 교수 연구실] 피코미터( 1조분의 1 m) 수준의 실측으로 나노구조체 동역학 실시간 관측
물리학과2018-12-14301
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현대 첨단 과학은 원자 수준의 정밀도에서의 실시간 측정을 요구한다. POSTECH막스플랑크 한국-포스텍 연구소 김동언 교수, 부산대 김승철 교수, 난양공대 김영진 교수 공동 연구팀은 표면 플라즈몬의 주파수 빗 성질을 활용하여 나노구조체의 동역학을 피코미터 수준에서 실시간 측정하는 데 성공했다.

금속에서 전자의 공명현상으로 일어나는 전자의 합동 운동인 표면 플라즈몬의 경우, 그 전자기장이 금속 표면에 강하게 구속되는 것은 잘 알려진 사실이다. 이런 특성으로 인해 표면 플라즈몬 현상이 생체 분자, 화학 분자, 원자 구조체의 구조 및 굴절률 변화 측정에 활용될 수 있다. 이로 인해 나노구조체 감지기로서 각광을 받고 오고 있다. 이러한 플라즈몬 공명 측정 기술은 기본적으로 산란된 분광선 세기의 미세한 위치 이동을 감지하는 것에 기반을 두고 있다. 세기의 변화가 아니고 위상의 변화를 활용하면 더 많은 정보를 확보할 수 있다는 것은 알려져 왔으나, 고도로 안정화된 광원이 없어서 실현이 되지 못했다.

 

본 연구는 Frequency-comb (주파수 빗)의 개념을 도입하여 광원을 안정화 시키고, 위상 정보를 추출해서 나노 구조체 표면의 미세한 구조 및 그 변화를 측정하는 개가를 이루었다. 1.67 pm 의 공간 분해능을 가지고, 두 나노 구멍 구조체 사이의 1.94 angstrom 간격의 변화를 측정하였다. 초당 200회의 sampling rate를 구현함으로써 실시간 측정의 길도 열었다. 이로서 나노 플라즈모닉 구조체의 동역학 운동을 이전에 구현할 수 없었던 피코미터 수준에서 측정이 가능한 것을 구현하여, Frequencey-comb-referenced phase spectroscopy( 주파수 빗 기반 위상 분광학) 분야의 효시를 이루었다.  

이 기술은 물리적, 화학적, 생물학적 나노구조체의 피코미터 수준의 운동을 실시간을 관측하게 함으로, 나노 구조체의 실시간, 실거리 측정 및 제어의 길을 열 것으로 기대된다.

이 성과는 네이처가 출판하는 Nature Physics를 통해 발표됐다