서울대 물리천문학부 김대식 교수팀은 22일 빛의 전자기파가 파장보다 훨씬 작은 나노 세계에서 소용돌이치는 현상을 눈으로 확인할 수 있는 '벡터장 현미경'을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

빛의 전자기파는 19세기 말 영국 과학자 맥스웰의 '맥스웰 방정식'으로 입증돼 과학계의 정설로 받아들여지고 있지만 파장보다 작은 나노 세계에서는 아직까지 실험적으로 검증이 불가능했다.

김 교수팀은 1년 6개월에 걸친 연구 끝에 나노 세계를 볼 수 있는 '근접장 현미경'의 탐침 끝에 지름이 나노미터(nm:10억분의 1미터) 단위의 금속 입자를 붙이면 '나노-편광판(nano-polarizer)' 기능을 한다는 사실을 확인했다.

빛의 세기와 방향을 나타내는 벡터장은 빛의 편광성(polarization)으로 나타나는데, 이러한 빛의 성질은 카메라 렌즈 앞에 부착하는 편광필터로 더욱 선명한 사진을 찍는데 이용된다.

김 교수는 "나노 영역에서는 빛의 벡터적 성질이 마구 바뀌어서 빛의 세기만을 볼 수 있는 기존 현미경으로는 관찰할 수 없는 현상이 많다"며 "벡터장 현미경은 빛의 방향도 볼 수 있어 이론적 연구결과에 대한 실험적인 검증은 물론 예상치 못했던 새롭고 유용한 현상들을 발견할 수 있을 것"이라고 말했다.

공동 연구자로 참여한 고려대 물리학과 박규환 교수는 "빛이 나노과학과 결합하면서 응용 물리학이 발전하고 있는데, 이를 이해하려면 빛의 벡터성분을 알아야 한다"며 "벡터장 현미경은 물리학 뿐만 아니라 화학, 생물학은 물론 공학 전반에 널리 응용될 수 있을 것으로 예상된다"고 전망했다.

김 교수팀의 연구 성과를 담은 논문은 내년 1월 창간하는 광학 분야 국제 학술지 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)' 창간호에 상세 해설기사와 함께 실릴 예정이다.