테라헤르츠파 1억배 증폭하는 나노수준 기술 개발

국내 연구진이 파장보다 100만분의 1만큼 작은 구멍에 전자파를 집중시킬 수 있는 테라헤르츠파를 1억배 증폭하는 나노수준 기술을 개발했다.

단일분자의 검출 또는 1나노미터 리소그래피 같은 테라헤르츠파 나노기술의 발판이 될 것으로 보인다.

미래창조과학부는 서울대학교 물리천문학부 김대식 교수팀 등 공동연구팀이 밀리미터 파장의 테라헤르츠파를 1나노미터 구멍에 집속하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

현재 테라헤르츠파는 분자 간 진동주파수와 같은 주파수대에 있기 때문에 비파괴검사를 위한 광원으로 주목받고 있다.

하지만 테라헤르츠파는 파장보다 작은 영역인 극소량 분자의 초정밀 검출이나 나노공정 등에 응용하기 위해 좁은 영역 안에 강하게 집속해야 한다. 따라서 이런 역할을 수행하는 나노미터 수준의 구조를 제작하는 것이 관건이었다.

연구팀은 지난해 11월 수십 나노미터 크기의 갭에서 테라헤르츠파가 증폭됨을 관측했다. 또한 증폭된 테라헤르츠파를 이용해 극소량의 폭발물을 검출했다.

또한 연구팀은 제작한 1나노미터 갭 배열구조 내부에서 테라헤르츠파의 세기를 1억 배 이상 증폭시키는 데 성공했다.

김 교수는 “이번 연구처럼 전기장의 집속, 증폭 등의 특성을 갖는 구조와 현상을 이용한다면 1나노미터 리소그래피, 초고감도 센서, 초비선형 현상 등의 분야가 발전할 것”이라고 설명했다.

연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지 9월 3일자 온라인판에 게재됐으며 최우수논문(Featured Article)에 선정됐다.

▲테라헤르츠파는 마이크로파와 원적외선 사이의 100GHz～10THz 대역 전자파다. 파장이 길어 투과력은 강하지만 에너지가 낮아 생체 세포에 안전하다. 투과 대상물체를 손상시키지 않아 병리조직 진단이나 분자검출, 위험물 또는 마약의 탐지 등에 활용될 수 있다.

▲리소그래피는 반도체 웨이퍼 표면에 빛이나 전자빔에 반응하는 감광제를 얇게 바르고 원하는 패턴을 올린 후 빛 등을 쬐어 사진을 찍듯 회로를 그리는 기술이다.

김은경 기자 cr21@