한 방울의 혈액 속 바이러스를 볼 수도 있고, 보다 싼      

가격에 더 나은 성능의 값싼 전자제품도 가능하며, 초고해상도 현미경도 핸드폰 카메라처럼 만들 수 있을 것이라는 기대 속에 슈퍼 렌즈 개발이 한창이다. 

 

사이언스 데일리(Science Daily)는 최근 이 같은 슈퍼 렌즈 개발의 현황과 앞으로 어떻게 사용할 수 있는지에 대한 최근 과학계의 근황을 소개했다. 

 

지금까지 아무도 슈퍼렌즈, 혹은 완벽한 렌즈를 만들지 못했다. 광학 렌즈는 회절 한계(diffraction limit) 때문에 광선 파장의 1/2 이하를 볼 수 없다. 다시 말해 아무리 좋은 렌즈로도 200 나노미터 이하를 볼 수 없다. 200 나노미터는 대략 가장 작은 박테리아균의 크기가 된다. 주사 전자 현미경이라면 이보다 훨씬 작은 대략 1 나노미터까지 볼 수 있지만, 무겁고, 비싸고, 커다란 책상 크기(보통은 대형 세탁기 크기)인데다 단연코 휴대용은 못된다.

 

슈퍼렌즈를 만들려면 무엇보다 ‘메타물질’이 필요하다. 메타 물질이란 자연계에는 존재하지 않는 가상의 물질이다. 그러나 과학자들은 투명 망토나 양자 공중 부양, 그리고 슈퍼 렌즈 같은 얼핏 생각하면 마술 같은 현상을 구현하려고 메타물질을 만들기 시작하고 있다. 

 

미국의 미시간 공과대학 전기 및 컴퓨터 공학과 조교수 ‘거니(Durbu Guney)’는 가시광선 하에서 100 나노미터 정도까지 물체를 볼 수 있는 슈퍼렌즈를 만들기 위한 중요한 발전을 이룩했다. 

 

비결은 ‘플라스몬’에 있는데, 이는 특수 나노구조로 조합된 얇은 금속 필름 표면에서 전하가 진동하는 것이다. 전자기장을 가하면 ‘플라스몬’은 물체로부터 광파를 모으고 부회절(negative refraction, 負回折)이라는 자연계에서는 볼 수 없는 방법으로 회절시킴으로써 렌즈는 회절 한계를 극복할 수 있게 된다. ‘거니’의 모델로는 사람 머리카락 두께의 1/1,000 보다 작은 물체를 볼 수 있는 것으로 알려지고 있다. 

 

다른 연구원들도 회절 한계에 도전하고 있으나 가시광선 전체 스펙트럼 영역은 아니다. 거니의 모델은 메타물질이 적외선으로부터 회절되는 광파를 가시광선은 물론 자외선 영역 스펙트럼까지 어떻게 "늘어날" 수 있는지를 보여줬다. 

 

이러한 슈퍼렌즈를 만드는 것은 상대적으로 저렴할 것이므로, 핸드폰용으로까지 용도를 찾을 수 있다. '거니는 “그러나 다른 용도도 있다. 석판용으로도 응용될 수 있다. 렌즈는 만들 수 있는 회로크기를 결정하며, 따라서 구형 렌즈를 슈퍼렌즈로 교체하면, 저가로 세밀한 회로를 만들 수 있다. 원하는 만큼 작은 디바이스를 만들 수 있다”고 말한다. 석판(lithography)이란 전자 회로용 미세 제조 공정이다.

 

컴퓨터 칩 제조에는 자외선 레이저가 사용되는데, 이는 비싸기도 하지만 만들기도 어렵다. 거니는 "슈퍼렌즈를 쓰면 누구나 사용하는 프레젠테이션용 포인터처럼, 붉은색 레이저를 사용할 수 있다"면서 “따라서 슈퍼렌즈로 교환만 하면 제조 설비는 간단하고 저렴한 기계로도 된다”고 설명했다.  

 

그러나 거니가 가장 흥미를 느끼는 것은 싸고 접근이 용이한 슈퍼렌즈가 이제껏 매우 소수에게만 알려진 세상으로부터 모든 이에게 '집합적인' 눈을 열어줄 수 있다는 것이다. 그는 “사람들이 고성능 현미경을 무시해도 된다”고 말하고 “슈퍼렌즈로 모든 사람이 과학자가 될 수 있다”고 강조하고 “사람들은 페이스북에 세포(사진)를 올릴 수 있으며, 사회 전반에 과학적 영혼을 고취할 수 있다”고 소개했다. 

 

한편, 거니 교수와 대학원생 무하마드 아슬람은 이 논문을 저널, 피직스 리뷰 B (Physical Review B, volume 84, issue 19.0)발표했다.