▲ (좌측 상단부터）Nguyen Minh Thang 연국수(제1저자, 고려대학교), 조용덕 석박통합과정 (제1저자, 고려대학교), 허지혁 연구교수 (제1저자, 고려대학교), 안하윤 석사과정 (제1저자, 고려대학교), 김나연 석사과정 (제1저자, 고려대학교), 노경훈 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 이재원 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 권민 석사과정 (공동저자, 고려대학교), 박성훈 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 김채언 석사과정 (공동저자, 고려대학교) 김광진 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교) 김영석 박사 (교신저자, KETI), 이승우 교수(교신저자, 고려대학교)

고려대학교 공과대학(학장 이해근) 융합에너지공학과 및 KU-KIST융합대학원(원장 권익찬) 이승우 교수 연구팀이 수십 나노의 고분자 박막을 이용해 나노 광학 측정에 있어 새로운 측정 방법을 도입하며, 나노 물질 측정에 있어 프리스탠딩(free-standing)과 유사한 상태를 구현했다. 이를 통해 기존 나노 물질 측정에 있어 기존의 한계로 여겨졌던 기판 효과를 제거할 수 있으며, SKSH 물질 고유의 광 현상을 분석할 수 있는 틀을 새롭게 마련하였다.

나노 광학에 있어 나노물질의 광 특성을 정확히 분석하는 것은 매우 중요하여 광 현미경을 통한 분석이 진행되고 있으나, 이전까지는 관련한 어려움이 동반되었다. 이러한 분석 방법에는 실험적 정값과 이론적 측정값 사이 차이를 보이게 되는데, 이는 실험적 구현에 있어 물리적 한계를 갖기 때문이다.

특히 콜로이드 연구에 있어 기판은 필수적으로 사용되는데, 콜로이드 고유 광 특성을 분석하는 데 있어 콜로이드 광 특성 측정에 변화를 준다는 점에서 문제점으로 언급되고 있다.

이 교수 연구팀은 위와 같은 문제점을 인식하고, 이를 해결하고자 콜로이드 광 특성에 영향을 주지 않는 20nm 두께의 초박막 나노 고분자(Formvar Nanomembrane grid: FNoG) 기판을 설계했다. 이 설계를 통해 기존 사용되어온 유리 기판보다 얇고 TEM grid보다 흡수가 어 콜로이드의 광 특성을 온전하게 측정할 수 있다.

연구팀은 실제 나노 광학에 널리 쓰이는 유리 기판과 실리콘 기판, 그리고 TEM grid와 본 연구팀이 설계한 FNoG를 비교해 실제 콜로이드들이 공기 중 떠 있는 상태, 즉 프리스탠딩(Free-standing) 상태와 유사하다는 점을 밝히며 순수 물질의 고유 광 특성을 측정하는 데 성공했다.

더 나아가 FNoG가 모든 물질에서 적용된다는 점을 확인하기 위해, 나노 광학의 대표적인 플라즈모닉과 고굴절 물질을 이용하여 FNoG가 보편적으로 사용 가능한 기판이라는 점도 확인했다. 플라즈모닉의 대표적인 물질로는 골드입자가 사용됐고, 고굴절 물질로는 대표적으로 셀레늄 입자(굴절률 ~ 2.9）물질이 사용됐다. 두 물질의 광 특성을 실제 이론값과 실험값으로 비교해, FNoG가 나노 물질의 산란 효율에 있어 손실이 없어서 고유의 높은 효율을 보존할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.

연구팀은 기존 광학 측정에 사용된 기판에서의 나노 물질의 산란 효율 저하 문제를 해결하고는 방안을 제안했고, 초박막 고분자(FNoG)를 통해 이러한 문제를 해결했다. 연구진은 해당 기술은 추후 메타물질연구에 있어 측정 분야의 획기적인 역할을 할 것으로 기대했다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적 학술지 Nano Letters (Impact Factor: 11.189)에 출판됐다. /공과대학신문

- 저자정보 : Minh Thang Nguyen 연구교수 (제1저자, 고려대학교), 조용덕 석박통합과정 (제1저자, 고려대학교), 허지혁 연구교수 (제1저자, 고려대학교), 안하윤 석사과정 (제1저자, 고려대학교), 김나연 석사과정 (제1저자, 고려대학교), 노경훈 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 이재원 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 권민 석사과정 (공동저자, 고려대학교), 박성훈 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 김채언 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 김광진 석박통합과정 (공동저자, 고려대학교), 김영석 (교신저자, KETI) 이승우 (교신저자, 고려대학교) (총 13명)

- 논문명 : Ultra-low-loss substrate for nanophotonic dark-field microscopy

- 논문게재지 : Nano Letters

 (2023년 2월 9일 online published, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c05030)