권오훈 UNIST 자연과학부 교수팀

울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 끊임없이 움직이는 원자나 분자를 영상으로 잡아내는 초고속 현미경을 개발했다.

7일 UNIST에 따르면 권오훈 자연과학부 교수팀이 ‘초고속 투과전자현미경’을 이용해 펨토초(1000조분의 1초) 단위로 나노미터(10억 분의 1ｍ) 이하 수준의 물질 구조 변화를 볼 수 있는 분석법을 개발했다.

최근 광학현미경을 통해 펨토초 수준 분석을 할 수는 있지만, 나노미터보다 작은 크기는 식별이 어려운 한계를 보였다. 반면 전자현미경은 전자빔 속도를 조절해 나노미터 이하 물체도 관찰할 수 있다.

권 교수팀은 전자직접검출 카메라를 탑재한 초고속 투과전자현미경을 개발해 기존 전자현미경보다 검출 한도를 10배 정도 높였다. 권 교수팀은 이 전자현미경으로 금 나노입자 진동을 펨토초 단위로 관찰하는 데 성공했다.

금 나노입자에 레이저(광 펄스)를 쪼여 음향 진동을 발생시키고, 펨토초 단위로 전자빔을 쬐어서 시간이 흐르면서 변하는 모습을 포착한 것이다. 펨토초 간격으로 촬영한 이미지를 이어 붙이면 한 편의 나노입자 영화가 만들어진다.

권 교수팀은 “전자직접검출 카메라를 탑재한 초고속 전자현미경은 세계에서 처음으로 시도한 것”이라며 “단일 입자 수준의 검출 감도에서 음향 진동의 동역학을 시공간적으로 구조화하는 데 성공했다”고 밝혔다.

UNIST는 이번에 개발한 기술이 실시간으로 원자 수준의 구조를 관찰하고 분석하는 원천기술이 될 것으로 기대했다. 이번 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원, 삼성종합기술원 지원으로 진행됐고, 셀(Cell) 자매지인 ‘매터(Matter)’ 8월 7일 자에 발표됐다.

울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr