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| - 중적외선을 사용하는 최초의 페로브스카이트 기반의 수퍼렌즈(superlense) 기존의 렌즈로 관찰될 만큼 충분한 거리를 이동할 수 없는 미약한 빛의 파동을 포획할 수 있게 됨으로써 수퍼렌즈(superlense)는 최고의 경지에 이르게 되었다. 수퍼렌즈는 포획하는 빛의 형태에 따라 무한한 응용 잠재력을 보유하고 있지만, 대부분 메타 물질(matamaterial)이라고 알려진 정교한 인공 물질로부터 만들어지기 때문에 실제 활용이 제한되어왔다. 빛의 음의 굴절(negative refraction)과 같은 메타 물질의 독특한 광학적 성질은 화학적 조성보다는 구조에 기인한 것이다. 하지만, 메타 물질은 제조하기가 까다롭고 영상화에 필요한 것보다 상당히 많은 비율의 광자를 흡수하는 경향이 있다. 미국 에너지부의 로렌스 버틀리 국립 연구소의 연구팀은, 메탈 물질보다 단순하고 제조가 용이한 페로브스카이트 산화물(perovskite oxide)로부터 수퍼렌지를 제조하는 방법을 개발하였으며, 중적외선 영역의 빛을 포획하는데 이상적으로 작동함으로써 선택도가 높은 생의학 검출 및 영상화 기기의 개발 가능성을 한층 높여주고 있다. 또한 수퍼렌즈의 효과를 선태적으로 조절할 수 있기 때문에 고밀도 데이터의 기록 및 저장도 가능하다. 버클리 연구소의 재료 과학자인 Ramamoorthy Ramesh는 중적외선 영역에서 페로브스카이트를 사용하여 흡수 손실이 적은 전기 소산장(evanescent field)을 갖는 수퍼렌즈를 개발하였다고 밝히면서, 렌즈의 영상평면 근처의 소산파(evanescent wave)의 수직 및 측방 분포에 대한 분광학적 연구 결과, 1마이크로미터의 영상 해상도를 성취하였다고 밝혔다. 기존의 렌즈는 조명 하에서 물체가 방출하는 증폭된 광파(light wave)를 포획함으로써 영상을 만들어 낸 후에, 포획된 광파를 초점으로 회절시키는 역할을 한다. 아무리 완벽한 렌즈라 할지라도, 구별할 수 있는 가장 작은 영상은 회절 한계(diffraction limit)로 알려진 조사된 빛의 파장의 절반에 해당한다. 수퍼렌즈는 소산 광파(evanescent light wave)를 포획함으로써 회절 한계를 극복하였는데, 이 소산 광파는 초기에 조사된 빛의 파장보다 상당히 작은 물체의 특성에 대한 상세한 정보를 갖고 있다. 소산파가 매우 짧은 거리를 이동하면서 사라지기 때문에, 기존의 렌즈로는 거의 감지할 수 없었다. 메타 물질로 만들어진 수퍼렌즈는 파장의 증폭과 물체로부터 방출되는 동일 평면의 소산파의 재구성에 중점을 둠으로써 파장 이하의 해상도를 생산한다고 Susanne Kehr는 밝히고 있다. 이번의 페로브스카이트 기반의 수퍼렌지는 파장의 증폭 대신에 소산장만을 재구성한다. 이들 소산장들은 파장 이하의 영상(sub-wavelength image)을 생성하게 된다. 페로브스카이트는 수퍼렌즈로 사용하기에 메타 물질보다 많은 장점을 가지고 있다. 수퍼렌즈를 만들기 위해 사용하는 페로브스카이트인 비스무스 페라이트(bismuth ferrite)와 스트론튬 티타네이트(strontium titanate)는 낮은 광자 흡수율을 가지고 있고 에피택셜(epitaxial) 다층으로 성장이 가능하여 계면의 거침을 감소시킬 수 있어서 산란에 의한 광자 손실이 적게 된다. 낮은 흡수율과 산란 손실의 결합으로 수퍼렌즈의 영상 해상도는 크게 개선된다. 게다가 페로브스카이트는 수퍼렌지에 강유전성(ferroelectricity), 압전성(piezoelectricity), 초전도성 및 큰 자기저항(magnetoresistance)과 같은 흥미로운 특성들을 가지고 있어서, 비휘발성 메모리, 마이크로센서 및 미세작동장치(microactuator) 및 나노전자제품과 같은 새로운 기능에 대한 통찰력을 제시해 주고 있다. 특히 다강체(multiferroic)인 bismuth ferrite는 강유전성과 강자기성을 동시에 갖고 있기 때문에, 전기 및 자기의 전환성을 제공하는 좋은 후보물질이 되고 있다. 본 연구는 페로브스카이트를 수퍼렌즈에 처음으로 적용시킨 사례이다. 이번에 발견된 가장 큰 문제 중 하나는 효과적인 수퍼렌즈 제조를 위한 페로브스카이트의 적절한 조합을 찾는 것이다. 연구팀이 제조한 얇은 필름의 페로브스카이트는 PLD(pulsed-laser deposition)를 이용하였으며, 단일 상(phase)이며 완전히 epitaxial한 것으로 나타났다. 그러나 이런 상태를 얻는 것은 쉬운 일이 아니었다고 Kehr는 밝히고 있다. 이번의 수퍼렌즈는 bismuth ferrite층과 strontium titanate 층으로 구성되어 있으며, 그 두께는 각각 200nm 및 400nm로 PLD를 사용한 애피텍셜 성장보다 더 두꺼웠다. 이런 두께에서는, 정확한 두께와 평편한 계면이 문제가 된다. 연구팀에 따르면 다강체인 bismuth ferrite층을 이용할 경우 외부 전기장을 적용함으로써 수퍼렌즈를 미세조정하는 것이 가능해 진다고 한다. 이런 특성은 수퍼렌즈 파장을 변화시키거나 최종 영상의 선예도를 증가시키는데 사용할 수 있지만, 더욱 중요한 것은 수퍼렌즈의 효과가 시작되게 하거나 끝낼 수 있다는 것이다. 이로써 렌즈의 특정 영역을 활성화하거나 비활성화하는 것이 가능해진다. 이것은 데이터 저장의 개념으로 전기장에 의한 쓰기와 광학적 read-out과 같다. 분류:렌즈
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