국내 연구진이 기존 반도체 제작에 사용되는 공정을 활용해 수 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 수준에서 일어나는 양자광학 현상을 관찰할 수 있을 정도로 빛을 고밀도로 모으는 나노광학 안테나를 개발했다.

포항공대 기계공학·화학공학과 노준석 교수팀은 3일 모서리가 원자 수준으로 작고 뾰족한(곡률반경 1nm 이하) 삼각형 두 개를 나비넥타이 형태로 배치, 빛을 원자 수준 해상도가 가능할 만큼 고밀도로 집속할 수 있는 광 집속 나노안테나를 만들고 이를 제작하는 나노공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

새로운 광학 현상을 탐구하기 위해서는 10nm 미만의 작은 구조를 정교하게 제작하고 배열하는 기술이 필요하다.

하지만, 전자와 이온의 물리적 특성(회절) 때문에 이런 크기의 나노구조를 정밀 제작, 가공하는 것은 매우 어렵다.

노 교수팀은 기존 반도체 제조공정 등에 쓰이는 포토레지스트와 전자빔 리소그래피 기법에 '도미노' 놀이에서 얻은 영감을 결합, '연속 도미노 리소그래피' 기술을 개발하고 이를 이용해 나비넥타이(bowtie) 형태의 광 집속 나노안테나를 제작했다.

연속 도미노 리소그래피는 빛 또는 전자빔에 노출된 부분의 화학적 특성이 변하는 고분자 재료인 포토레지스트로 기둥 형태 구조를 만들고 이를 부식시키고 모세관력으로 도미노처럼 쓰러뜨려 원하는 나노패턴을 만드는 새로운 나노공정 기술이다.

포토레지스트 기둥이 쓰러지면 쓰러진 기둥들이 쌓이며 겹쳐지는 모서리에 곡률 1㎚ 이하의 뾰족한 부분이 생기는데 이 부분에 금을 증착시켜 삼각형을 만들고, 이 삼각형을 5㎚ 정도 간격으로 나비넥타이 형태로 배치하면 광 집속 나노안테나가 된다.

이 나노안테나 가운데 부분의 5㎚ 공간(나노갭.nanogap)에서 빛은 고밀도로 집속돼 5만배 이상(태양 표면 에너지 밀도의 100만배에 해당)의 세기를 갖게 된다.