고출력 테라헤르츠파로 암세포 들여다본다

국내 연구진이 높은 효율로 테라헤르츠(THz)파를 발생시킬 수 있는 기술을 개발했다. 테라헤르츠파는 1초에 1조번이나 진동하는 전자기파로, 파장이 길어 빛이 투과할 수 없는 물질도 잘 투과한다는 특징이 있다. 특히 테라헤르츠파 대역은 미개척 주파수 대역으로 전 세계적으로 큰 관심을 모으고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 THz포토닉스창의연구센터 문기원 박사와 박경형 센터장 등이 금속 나노구조를 양극과 음극으로 활용해 효율 및 출력을 최대 50배 이상 높였다고 15일 밝혔다.

ETRI 연구진이 제작된 소자를 현미경으로 확인하고 있다.(사진 우측이 논문 1저자인 문기원 박사)

연구진은 특히 본 기술이 테라헤르츠파를 이용한 기존 제품보다 효율 및 출력이 50배 이상 높아 플라스틱 내부구조나 암세포와 같은 생체조직을 볼 때 훨씬 유용하다고 설명했다. 그만큼 응용분야를 넓힌 것이다.

기존 상용소자의 경우, 출력신호가 낮아 대상물을 정확히 볼 수가 없었다. 하지만, 나노기술 기반, 고출력 테라헤르츠 발생소자의 개발로 향후에는 테라헤르츠파를 이용해 금속, 암세포, 유해 화학물질 및 흉기폭탄 등 검출에 유용할 것으로 보인다.

또한 테라헤르츠파를 이용하면 고유의 특성으로 인해 우주선 발사때 쓰이는 고정밀 타일의 기포여부나 페인트 도포두께, 플라스틱 제조시 결함여부, 제약분야 알약의 정밀 코팅두께 측정에도 유용할 것으로 연구진은 내다보고 있다.

기존에도 나노전극을 통한 효율 향상에 대해서는 여러 연구가 보고되어 왔으나, 그 향상 원인으로 전계효과 및 플라즈몬 효과가 막연히 언급되어 왔다. 전계효과는나노 전극의 첨단부에서 전기장의 세기가 급격히 증가하는 효과를, 플라즈몬 효과는 전극 내의 전자와 전자기파의 공진으로 인한 국소적인 광 흡수 증대 효과를 뜻한다.

하지만, 이번 ETRI의 연구 결과는 두 물리적 현상간의 상호작용 및 각각의 물리적 현상의 효과가 최대화 될 수 있는 조건들에 대해 체계적 접근을 통해 출력을 최대화할 수 있는 설계를 도출했다는데 큰 의미가 있다.

또한 단순 배열형 나노구조를 채택, 저온성장 소자의 한계를 극복하고 재현성 있는 현저한 출력 향상 특성을 확보하는 쾌거도 이루어 냈다.

연구진은 이를통해 나노기술 기반 고출력 THz 발생소자를 개발하는데 성공했다. 개발된 소자는 향후 각종 검사 및 검출을 위한 테라헤르츠 응용시스템에 활용될 전망이다.

ETRI 박경현 THz포토닉스창의연구센터장은 “나노구조에서 일어나는 물질적 현상에 성능을 향상시킨 점과 대면적 나노전극 광전도 안테나 기술을 이차원 구조로 확장함으로써 각각의 단위 소자의 특성을 인위적으로 조절해 새로운 응용의 가능성을 연 것이다”고 말했다.