1. 연구의 필요성 ○ 빛을 나노미터 크기로 한 곳에 집속하여 극소량의 생물 및 화학 분자를 정밀하게 검출하거나 집속된 강한 전기장을 물질에 가함으로써, 새로운 물리현상을 발견하는 연구 분야인 ‘나노광학’은 자외선부터 마이크로웨이브까지 다양한 주파수 영역에서 이루어진다. ○ 나노광학 다음 단계인 ‘옹스트롬* 광학’은 1 나노미터 보다 10배 작은 수준에서 연구될 뿐만 아니라 전자 터널링**과 같은 새로운 양자역학***적 효과를 관찰할 수 있는데 의미가 있다. ＊ 옹스트롬(angstrom) : 빛의 파장이나 원자의 배열을 잴 때 쓰는 길이의 단위, 1옹스트롬은 0.1 나노미터임 ** 전자 터널링 : 전자가 자신이 가진 에너지 보다 높은 에너지 장벽을 확률적으로 통과할 수 있는 양자 역학적 현상 *** 양자역학(quantum mechanics) : 원자, 분자, 소립자 등의 미시적 대상에 적용되는 역학으로, 거시적 현상에 보편적으로 적용되는 고전역학이 설명할 수 없는 현상에 대한 물리학의 이론 체계임 ○ 이를 테라헤르츠파*와 같이 긴 파장대(밀리미터)를 포함한 넓은 전자기파 영역에서 탐구하기 위해서는, 입사하는 전자기파의 빔 크기보다 넓은 면적의 금속 필름에 옹스트롬 크기의 틈이 배열된 구조 제작이 요구되어 왔다. * 테라헤르츠파 : 마이크로파와 원적외선 사이 100GHz~10THz(파장 3mm~30mm) 대역의 전자파로, 파장이 길어서 집속이 잘되고 이를 통해 에너지 장벽을 낮춰 새로운 현상을 쉽게 관찰할 수 있음 2. 발견 원리 ○ 연구팀은 지금까지 파장이 밀리미터인 테라헤르츠파 빔 크기에 맞게 1 나노미터 틈 배열구조를 만들어 테라헤르츠파가 틈 내부에 강하게 집속됨을 관측한 바 있으며, ○ 이번 연구에서는 평행하게 배열된 두 금속 필름 사이에 원자 크기인 0.1 나노미터 틈을 만들기 위해 이차원 물질인 그래핀*을 수직으로 세워 금속 틈 사이에 끼워 넣은 구조를 제작하였다. * 그래핀(graphene) : 탄소 원자 한 겹으로 이루어진 이차원 물질 ○ 이 구조를 통해 그래핀과 금속 사이에 존재하는 0.1 나노미터의 틈은 빛을 집속할 수 있는 이론적으로 가장 작은 공간이다. 이 틈을 수 밀리미터로 길게 만들어서 테라헤르츠파를 강하게 집속하는데 성공하였다. .. 3. 연구 성과 ○ 연구팀은 옹스트롬 크기의 틈 내부에 테라헤르츠파를 강하게 집속함으로써 틈 사이에 전기장이 최대 17V/nm까지 걸리는 것을 관측하였고, 입사하는 테라헤르츠파의 세기가 증가할수록 전기장 집속도가 현저하게 줄어들면서 강한 광학적 비선형성이 나타나는 새로운 양자역학적 현상을 관측하였다. ○ 이러한 비선형 현상은 옹스트롬 크기의 금속 틈 사이로 빛이 집속될 때 두 금속 사이에 형성된 에너지 장벽의 한 쪽 방향으로 전자의 터널링이 우세하게 일어나면서 나타남을 규명, 옹스트롬 구조에서 양자역학적 현상을 다루는 연구 분야에서 선도적인 역할을 하게 되었으며 이를 통해 전자소자 분야 등 첨단분야 혁신의 가능성을 제시하였다. | 
151014_석간_(보도)_원자크기_수준의_금속_틈_세계_최초_제작.hwp