이다예 ▲ 고해상도 초고속투과전자현미경 모식도. 울산과학기술원 제공. ▲ UNIST (오른쪽)권오훈 교수와 김예진 연구원. 이들 뒤로 보이는 장치가 초고속 투과 전자현미경이다. 울산과학기술원 제공. 끊임없이 움직이는 원자 또는 분자 수준의 물질 변화를 영화 찍듯이 영상으로 잡아내는 초고속 현미경이 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 권오훈 교수팀이 ‘초고속 투과전자현미경’을 이용해 펨토초(Femtosecond, 1000조 분의 1초) 단위로 나노미터(10억 분의 1미터) 이하 수준의 물질 구조 변화를 볼 수 있는 분석법을 개발했다고 7일 밝혔다. 물질 내부는 펨토초 단위로 끊임없이 변해 정확한 물성을 파악하려면 아주 짧은 순간에 일어나는 반응을 포착할 수 있는 분석법이 필요하다. ‘시간 분해능’(시간 단위로 일어나는 현상을 잘라내서 분석하는 개념)이 높으면 더 짧은 시간 단위에서 벌어지는 현상을 볼 수 있다. 최근 광학현미경에서 펨토초 수준의 시간 분해능을 구현했지만 나노미터보다 작은 물체는 식별하기 어려운 한계가 나왔다. 반면, 전자현미경은 빔 속도를 조절해 펨토초 수준의 시간 분해능을 구현하는 동시에 나노미터 이하의 물체도 관찰 가능하다. 이에 연구진은 전자직접검출 카메라를 탑재한 초고속 투과전자현미경을 개발해 기존 전자현미경보다 검출 한도를 10배 정도 높였다. 또, 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. 이렇게 펨토초 간격으로 촬영한 이미지를 이어 붙이면 한 편의 나노입자 영화가 만들어진다. UNIST 자연과학부 김예진 연구원은 “전자직접검출 카메라를 탑재한 초고속 전자현미경은 세계에서 처음으로 시도한 것”이라며 “이를 통해 단일 입자 수준의 검출 감도에서 음향 진동의 동역학을 시공간적으로 구조화하는데 성공했다”고 말했다. 권오훈 교수는 “이번에 개발한 기술은 실시간으로, 원자 수준의 구조를 관찰하고 분석하는 원천기술이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 한국연구재단과 기초과학연구원(IBS), 삼성종합기술원의 지원을 받아 이뤄진 이번 연구는 셀(Cell) 자매지인 '매터(Matter)' 8월 7일자에 발표됐다.
울산과학기술원 자연과학부 권오훈 교수팀은 '초고속 투과전자현미경'을 이용해 끊임없이 움직이는 원자 또는 분자 수준의 물질 변화를 볼 수 있는 분석법을 개발했으며, 이 기술이 실시간으로 원자 수준의 구조를 관찰하고 분석하는 원천 기술로 거듭나기를 기대하고 있다. 