광사태 나노입자 세계 최초 발견 관련 설명

안녕하십니까? 한국화학연구원의 서영덕입니다.

오늘 제가 발표해 드릴 내용은 광사태 나노입자로부터 빛의 연쇄증폭반응이 일어나서 높은 효율로 빛이 방출되는 현상에 대한 발견의 연구를 말씀드리도록 하겠습니다. 설명에 앞서서 용어를 간단하게 요약·정리를 하고 그리고 설명에 들어가도록 하겠습니다.

저희가 보도자료에서나 오늘 발표 때 사용될 용어 중에 빛에너지의 크기에 관한 것은 빛에너지의 크기가 크다 또는 작다는 개념으로 요약해서 일관되게 사용했고요. 이 빛에너지가 크다, 작다는 마치 전압(V)의 개념이 되겠습니다.

두 번째로 빛의 세기가 강하다, 약하다의 개념은 전류(I)의 개념이 되겠습니다. 그리고 마지막으로 광변환 효율에 대한 개념은 들어간 빛의 세기에 대해서 나오는 빛의 세기가 얼마나 많으냐, 적으냐에 대한 비율을 말하는 것이 되겠습니다.

본 연구 결과의 중요성을 말씀드리기 위해서 먼저 본 연구의 배경이 되는 상향변환 나노입자에 대해서 간략히 설명드리겠습니다.

상향변환 현상은 자연계에서 보통 일어나는 하향변환 현상의 반대되는 현상으로서 비유를 들자면, 작은 에너지 빛이 들어가는데 보통은 그보다 더 작은 에너지가 나와야 자연스러운 현상인데요. 열에너지 일부가 소모가 되니까요.

그런데 작은 에너지 빛이 들어가는데 그 작은 에너지 빛들이 이 나노입자 속에서 몇 개가 합쳐져서 결합되는 바람에 더 큰 에너지의 형태로 방출되는 현상을 상향변환 나노입자라고 합니다.

이 상향변환 나노입자는 이것이 많이 실용화가 되게 되면 눈에 안 보이는 근적외선을 눈에 보이는 가시광선으로 바꿔준다든지, 아니면 실리콘 반도체 기반의 광검출기가 원래 검출하지 못했던 파장이 긴 쪽의 적외선을 변환시켜줘서 실리콘 반도체 광검출기가 검출하게끔 만들어준다는 그러한 유용한 성질이 많이 있을 것이기 때문에 최근에 급격히 관심을 갖고 출판되는 논문의 숫자들도 거의 지수함수적으로 굉장히 많이 늘어나는 그러한 굉장히 급격히 많이 관심을 갖는 분야입니다.

이 상향변환 나노입자의 한 가지 단점은 광변환 효율이 낮다는 것이었습니다. 숫자로 말씀드리면 100개의 빛 알갱이가 들어갔을 때 1개 정도가 상향변환이 일어날까 말까 하는 그런 정도의 굉장히 낮은 효율을 갖고 있었기 때문에 지난 10여 년간 실제로 응용되거나 더 광범위한 응용범위를 찾지 못했었는데, 이번에 광사태 나노입자 속에서 일어나는 나노입자 내부에서의 연쇄증폭반응에 의해서 마치 전자소자 중에 트랜지스터가 전자의 증폭에 의해서 신호를 증폭해서 트랜지스터 밖으로 신호를 내보내는 것처럼 그와 같은 현상이 빛에서도 일어나서 나노입자 속에서 빛이 증폭돼서 방출되는 그러한 현상을 발견해서, 결과적으로는 아까 말씀드렸던 100개 들어가서 1개가 나올까 말까 한 상향변환 효율을 100개가 들어가서 40개 이상이 나오는 그러한 40~50개 이상의 큰 효율 증가를 발견해서 네이처지에 표지논문으로 발표하게 되었습니다.

그러한 나노입자 내부에서의 연쇄증폭반응을 모식도로 그린 그림이 바로 이번 네이처 논문의 표지그림에 마치 은행잎처럼 이렇게 퍼져 나가는 모양으로 연쇄반응이 일어난 식으로 생겼는데요.

이것을 굳이 비유를 들자면 마치 우리 몸속에서 정상세포의 세포분열 속도나 세포분열률보다 암세포의 세포분열 속도나 세포분열률이 굉장히 높은 것처럼 이 나노입자 내에서 일어나는 상향변환의 양상이, 기존의 상향변환 나노입자일 때는 이렇게 좁고 길게 일어나서 이제 1개가 2개를 증폭하고 2개가 3개, 1, 2, 3, 4 같은 산술급수적인 변환이었는데, 이 상향변환 나노입자에서는 기하급수적으로, 즉 1, 2, 3, 4 같은 순서가 아니고 1, 10, 100, 1,000 이런 식으로 급격하게 증폭되는 양상으로 일어나는 것이고요. 그런 연쇄증폭현상을 그림으로 그린 것이 표지그림에 있는 내용이 되겠습니다.

마지막으로 이번에 우리가 발견한 새로운 현상을 비유를 들어서 잠깐 설명드리도록 하겠습니다.

아까 초반에 빛에너지가 작다, 크다의 개념과 그다음에 효율이 높다, 낮다의 개념을 같이 혼용하기 쉬워서 잠깐 비유를 드리면, 이만한 마술상자 속에 또는 블랙박스 속에 키가 작은, 예를 들어 1m밖에 안 되는 성장이 부진한 아이가 100명이 들어갔을 때 그 마술상자 속에 성장촉진제 주사를 놓아주는 장치가 있어서 그 마술상자 속에서 그 아이들의 키가 갑자기 커져서 2m 이상의 엄청, 세계 최장신 수준의 큰 농구선수가 나온다 치면, 기존 상향변환 나노입자의 경우에는 그러한 1m밖에 안 되는 키의 어린아이들 100명이 들어가도 그렇게 2~3m 정도 수준의 키가 갑자기 커버린, 그런 농구선수 같은 큰 장신의 사람이 1명이 나올까 말까 하던 것을 이번 광사태 나노입자에서처럼 마치 성장촉진제를 맞고 그 세포분열이 기하급수적으로 마술상자 안에 일어나서 100명의 1m짜리 사람이 들어갔을 때 40명 이상의 키가 2~3m처럼 굉장히 갑자기 커버린 사람이 나온 것 같은 그러한 비유를 들 수 있겠습니다.

즉, 기존의 상향변환의 광변환 효율을 40배 이상 굉장히 큰 폭으로 증강된, 소위 말하는 거대 비선형 현상을 발견한 것이라고 할 수 있겠습니다.

앞으로 이 기술이 응용될 분야는 저희 생각에는 굉장히, 응용될 분야는 굉장히 광범위하다고 생각합니다. 일단 이번 논문에서 약 70㎚ 정도의 굉장히 작은 나노 스팟의 초고해상도 나노이미징을 구현해서 논문에 실었고요.

이것이 앞으로 살아있는 세포 내부를 들여다봐서 신약 개발이나 아니면 진단이나 이런 바이오 쪽에 응용 분야를 찾을 수 있을 것 같고요.

또한, 이런 현상 자체가 굉장히 새로운 현상을 발견한 것이기 때문에 바이오 분야 말고도 페로브스카이트 태양전지와 같이 기존에는 근적외선 분야를 근적외선 영역의 빛을 흡수해서 전지로 전환하지 못했었는데 그것을 800㎚대로 들어가는 빛은 한 1,064㎚, 본 논문에서처럼. 그런 빛을 받아들였다가 흡수했다가 그것을 광사태 현상에서 상향변환을 해서 800㎚의 더 큰 에너지로 변환시켜 줌으로써 경쟁 상대인 실리콘 태양전지와의 여전히 남아 있는 4~5% 정도의 광전환 효율을 조금 더 높일 수 있는 데 기여할 수 있을 것이라고 생각해서 후속 연구를 계획 중이고요.

그 외에도 자율주행 자동차의 차 윗부분에 달려있는 라이다의 광원이 약 900㎚부터 한 1,500㎚까지의 근적외선 분야의 레이저를 멀리 쏴서 약, 달리면서 300m 레인지, 범위에 있는 그런 장애물이나 사람이 다른 차들을 감지하게 되는데 그것을 다시 반사, 그것이 다시 반사되어서 되돌아오는 검출기를 지금은 굉장히 비싸고 구하기가 쉽지 않은 인듐갈륨비소, 화합물 반도체를 씁니다.

3종 원소의 복합인 화합물 반도체를 써서 기존에 싸고 광범하게 쉽게 얻을 수 있는 실리콘 반도체 기반의 광검출기를 사용하지 못하는데, 본 광사태 상향변환 나노입자에서처럼 긴 파장의 빛을 받아들여서 짧은 파장으로 바꿔주는, 즉 작은 에너지의 빛을 받아들여서 큰 에너지 빛으로 변환시켜 주는 소재를 혼용해서 쓰게 되면 자율주행자동차에 쓰는 라이다의 검출을 보다 용이하고, 그리고 싼 값에 할 수 있는 기초 원천기술로도 활용될 수 있을 것이라고 생각합니다.

이 외에도 다른 많은 응용 분야를 앞으로 후속 연구를 통해서 열심히 찾아보도록 하겠습니다.

감사합니다.


[질문·답변]
※마이크 미사용으로 확인되지 않는 내용은 별표(***)로 표기하였으니 양해 바랍니다.

<질문> (사회자) 연합뉴스 기자님이 질문을 주셨습니다. 광사태 나노입자로 임신진단키트 형태 바이러스 진단키트 등 의료분야나 자율주행차, 인공위성 등 IoT 분야의 기술을 발전시킬 수 있다고 하셨는데 어떤 방식으로 가능한 건지 궁금합니다. 또 이 기술들을 상용화하기 위해서는 어떤 연구가 더 필요한지 구체적으로 설명 부탁드립니다.

다음으로 지금 광사태 현상은 발견하신 광사태 나노입자에서만 일어나는 것인가요? 이 나노입자에는 어떠한 종류의 빛이든지 빛을 쏘기만 하면 증폭현상이 일어나는 건가요? 라는 질문입니다.

<답변> 일단 첫 번째 질문은 임신진단키트 형태의 체외진단에 응용될 수 있다는 부분은 현재는 이미 임신진단키트를 비롯해서 바이러스 항원·항체 간편진단키트 등이 모두 유기염료·형광에 기반한 기술을 쓰고 있습니다.

그래서 이러한 유기염료·형광 분자들은 기본적으로 광탈색 현상이 일어날 수 있는 분자라서 마치 색깔 있는 옷을 지붕에 널어놓으면 햇빛에 의해서 그 색이 바래거나 아예 탈색이 돼버리는 것 같은 현상이 이러한 진단키트에서도 일어날 수 있습니다.

예를 들면 껍질을 까서 빛에 노출을 해서 그냥 잊어버리고 놔두었다든지, 아니면 굉장히 더운 나라에서 빛을 안 받았더라도 굉장히 뜨거운 상태로 오랫동안 있으면 그것의 유효기간이나 아니면 그것의 민감도가 떨어질 수 있습니다. 그래서 오류를 일으킬 수도 있는데, 이 광사태 나노입자는 기본적으로 유기염료 분자가 아니라 무기물, 즉 세라믹이나 그러한 딱딱한 무기물, 도자기 같은 그런 형태의 무기물이고 또 사이즈가 작은 나노입자인데 굉장히 안정합니다.

굉장히 안정해서 그런 광탈색이 굉장히 오랜 기간 몇 년 이상이 지나도, 또는 햇빛이나 빛을 받아도 탈색되지 않습니다. 그러한 의미에서 내구성이 강하고 유효기간이 굉장히 긴 체외진단키트로 더 발전시킬 수 있는 가능성이 있다고 저희는 생각하고 있습니다.

두 번째로는...

<질문> (사회자) 두 번째는 지금 광사태 현상은 발견하신 광사태 나노입자에서만 일어나는 것인가요? 이 나노입자에는 어떠한 종류의 빛이든지 빛을 쏘기만 하면 증폭현상이 일어나는 건가요?

<답변> 일단 나노입자는 모든 나노입자나 모든 물질에서 이런 현상이 일어나는 건 아니고요. 저희가 코어/쉘 나노입자라 해서, 비유를 들자면 작은 초콜릿 모양의 동그만 입자에다가 이너트 쉘이라 그래서 투명한 사탕을 한번 발라서 굳혀버린 그런, 겉에는 투명한 사탕이지만 안에는 까만 초콜릿이 있는 그런 모양의 형태를, 모양을 갖고 있고요.

그때의 가운데 있는 코어, 알맹이의 직경 그리고 겉에 발라져 있는 이너트 쉘, 껍데기의 두께, 그다음에 또 핵심적인 것이 거기에 도핑을 시켰는데 툴륨이라는, 툴륨 3가 이온이라는 특별한 이온을 도핑을 시켜서 했고, 또 도핑의 비율을 통상적인 1% 미만이 아니라 8% 이상으로 고농도로 도핑을 했습니다.

그렇게 우리가 디자인하고 설계하고 테스트를 하고 여러 가지 조합들을 파라미터를 바꿔서 최적의 조건을 찾아서 한 가지 조합의 광사태 나노입자를 만들어낸 거고요. 개발한 거고요. 거기서 이런 새로운 현상인 광사태, 연쇄증폭반응이 일어나는 광사태 현상을 발견한 것입니다. 그러니까 굉장히 특별한 나노입자에서만 나타나는 현상이고요.

또 흡수할 수 있는 빛의 범위는 모든 빛의 영역을 다 흡수할 수 있는 것이 아니라 적외선 쪽을 흡수를 하고요. 그다음에 방출하는 빛은 가시광선이나 가시광선에 굉장히 근접한 이번 논문처럼 800㎚는 가시광선이 700㎚이기 때문에 굉장히 근접한 가시광선 영역의 빛을 내는 그러한 빛의 범위를 갖고 있습니다. 흡수범위와 방출범위를 갖고 있습니다.

<질문> 지금 다른 곳에서 못 했던 광사태 나노입자를 세계 최초로 발견하셨는데 이렇게 할 수 있었던 우리 화학연만의 강점은 뭐가 있을까요?

<답변> 일단 기존의 상향변환 나노입자를 획기적으로 개선한 것이 광사태 나노입자라고 우리가 이렇게 정의를 한다면, 기존의 상향변환 나노입자 분야에서 단일나노입자 단위에서의 굉장히 미세하고 굉장히 초고강도이면서 굉장히 나노스케일로 굉장히 작은 수준에서의 나노이미징 분야에서 저희가 큰 강점을 갖고 있습니다.

한국화학연구원의 저희 실험실은 상향변환 나노입자 분야에서의 세계 처음의 단일입자 수준에서 나노이미징 결과를 이미 2009년에 논문을 어드밴스드머터리얼 논문을 발표를 했고 그 논문이 현재 500번 이상 피인용이 됐는데요.

이번에 공동교신저자로 같이 논문을 같이 쓰고 같이 실험을 했던 컬럼비아, 미국 뉴욕의 컬럼비아대학의 제임스 셔크 교수님이 우연히 2009년 같은 연도에 다른 논문인 PNAS라는 논문에 역시 단일입자 나노이미징 논문을 내서 이것이 동시발견처럼 2009년에 각각 굉장히 랜드마크 논문이 돼서 그 논문도 500번 이상 인용이 됐습니다.

그것이 인연이 되어서 저희가 미국 출장 간 길에 그분이 그 당시는 미국 버클리 국립연구소에서 근무를 하고 있고, 최근 몇 년 전까지도 거기서 계속 근무를 했는데 서로 상호교류를 하자, 그래서 앞서가는 그룹끼리. 그 이후로 2010년부터 최근까지 거의 10년 이상을 공동교류를 해 왔고, 특이사항은 한국 과기부 산하 한국연구재단의 글로벌연구실이라는 국제 공동협력 과제가 있습니다.

그 프로젝트를 우리가 제안해서 그 과제를 따고 그 과제를 지난 5년 동안 공동으로 수행했습니다. 그래서 그 과제, 국제협력 과제를 하려면 상호 방문 실험·연구가 있어야 되고 또 상호 공동출판이 있어야 되는데 그것의 결실 중의, 큰 결실 중의 하나가 이번에 나온 것이고요.

각각의 역할은 저희 같은 경우 이번 논문의 피규어4에 들어가는, 그림4에 들어가는 나노이미징에 대한 기여를 했고, 상대방인 컬럼비아대학에서는 아까 논문 제목에 나온 거대 비선형 현상의 커브가 이렇게 직선 커브가 아니라 들어가는 빛에 대비 나오는 빛이 직선으로 정비례하는 것이 아니라 S자 커브처럼 이렇게 직선처럼 약간 휘어지다가 갑자기 급격하게 확 올라갔다가 다시 saturation 되는 그런 S자 커브를 그려야 되는데, 그 비선형 곡선을 얻어내는 부분에서는 미국 컬럼비아대학에서 기여를 하고 이렇게 상호 협력 연구를 했고요.

앞으로 얻어지게 될 특허권에 대해서도 글로벌연구실 국제공동연구 협약상 양측 기관이 협의를 해서 공동 출원하는 것으로 되기 때문에 그것이 앞으로 몇 달 사이에 이루어질 것 같습니다.

<질문> (사회자) 아까 처음에 질문하신 연합뉴스 기자 약간 보충 질문인데요. 아까 여쭤봤던 것 중에서 이 기술들을 상용화하기 위해서 어떤 연구가 더 필요한지 구체적으로 설명을 부탁드리겠습니다.

<답변> 일단 아까 질문에서 잠깐 언급된 부분이지만 빛의 흡수하는 영역대가 지금은 1,064㎚하고 1,450㎚의 두 가지 다른 빛을 흡수해서 나오는 빛은 800㎚의 빛을 방출하는 그런 현상을 어떤 특정 조합이나 특정 모양, 특정 크기에 나눠서 한 가지의 경우를 발견했는데요. 이것을 후속 연구를 통해서 보다, 흡수하시는 빛의 영역도 보다 다양하게 그리고 넓게 흡수할 수 있도록 해야 되고요.

그걸 위해서 아까 말한 것처럼 알맹이의 크기 그다음에 껍데기의 두께 그다음에 넣어주는 이온의 종류, 넣어주는 이온의 도핑, 현재는 8% 이상 돼 있지만 도핑하는 정도 양의 조절, 이런 것들 파라미터가 최소한 4개 이상의 파라미터들을 많이 다른 종류의 파라미터를 조절해서 들어가는 빛의 레인지도 더 넓게 광범위하게, 그리고 나오는 빛의 레인지도 더 광범위하게 해서 그것이 바이오이미징에 쓰이든 아니면 라이다의 검출기에 쓰이든 아니면 태양전지의 효율 향상에 쓰이든 그런 들어가는 빛의 범위와 나오는 빛의 범위가 넓을수록 응용범위가 더 넓어질 것이기 때문에, 그러한 소재 측면에서의 후속 연구가 있어야 되고요.

또 한 가지는 현재는 우리가 실험실 수준에서의 장비를 가지고 이렇게 70㎚로 굉장히 초고해상도로 이미징을 했다는 것을 가지고 일단 논문을 냈지만, 단순히 이미징에서 그치지 않고 그것을 광검출 또는 센서 또는 그런 소재에 기반한 어떤 광변색 진단이라든지 이런 응용처를 앞으로 계속 찾아야 되기 때문에, 거기에 해당하는 키트라든지 장비라든지 아니면 거기에 대한 소재·소자, 아니면 패키징 기술, 아니면 어떻게 하면 이걸 더 오랫동안 쓸 수 있고, 다양한 크기나 다양한 형태로 발전시킬 수 있느냐, 이런 후속 연구들이 앞으로 계속 광범위하게 이루어지면 그럴수록 더 국가에 도움 되는, 국가 경제 발전에 도움 되는 그런 채굴과 같은 후속 연구들이 많이 이루어질 것 같습니다.

<질문> 이론적인 설명을 좀 더 부탁드리고 싶은데 광변환 효율, 이 개념이 40%까지 높일 수 있다고 하셨는데, 그러니까 기존에는 1%였는데 40%라고 하더라도 입력값보다 출력값이 40%밖에 안 되는 거잖아요.

<답변> 맞습니다.

<질문> 그런데 보조로 보면 작은 에너지에 레이저 포인트 정도의 빛을 쪼여도 큰 세기의 빛을 방출한다, 라는 것이 잘 이해가 안 되거든요.

<답변> 일단 빛의 세기가 '강하다, 약하다' 개념은 빛의 알갱이 개수가... 쬐여주는 빛이든 방출되는 빛이든 빛의 세기가 '강하다, 약하다'의 개념은 빛의 기본단위인 광자, 쉽게 말하면 빛의 알갱이의 개수가 '많다, 적다'의 개념이고요.

그리고 상향변환이 일어난다, 또는 큰 에너지가 나온다, 작은 에너지 빛이 들어갔는데 큰 에너지가 나온다, 이것은 빛의 파장이 얼마나 짧냐, 기냐, 또는 빛의 에너지가 얼마나 크냐, 작냐의 개념입니다.

그래서 기존의 상향변환과, 상향변환 나노입자와 광사태 나노입자의 효율을 비교하면 각각 1%와 40% 해서 40배 이상의 효율 증강을 이루어냈다고 하는 것이고요.

그리고 그것은 개수의 개념입니다. 100개의 빛이 들어왔을 때 그것들이 굉장히 어렵사리 결합을 해서 큰 에너지의 빛으로 나오게 되면 그것은 기존의 상향변환의 경우처럼 어렵사리 됐기 때문에 한 1% 미만, 100개 들어가면 1개 미만밖에는 효율이 안 나왔던 것이고, 이번에 광사태 나노입자의 경우에는 100개가 들어갔는데 그렇게 여러 개의 빛이 합쳐짐에도 불구하고 40% 이상의 효율이 나오는 것이죠.

단순하게 숫자로 생각해 보면 1m짜리, 그러니까 만약에 굉장히 뭐, 1m짜리 사람이 아까는 성장촉진제 주사로 비유를 했지만 만약에 그것을 그냥 무등을 탄다고 생각하면 1m짜리 사람 2명이 무등을 타서 2m를 만들었으면 그러려면 입자가 최소 2개가 필요한 것이지 않습니까? 그러면 벌써 40%의 빛의 알갱이들이 나왔다고 하지만 사실은 알갱이로 치면 80개의 알갱이가 합쳐져서 40개의 더 큰 키의 또는 큰 에너지의 빛의 알갱이가 나온 것이죠.

참고로 원래 자연계에 흔하게 존재하는 하향변환의 경우에는 100개의 빛 알갱이가 들어가면 조금 키가 작아지고 또는 에너지가 작아져서 나오긴 하지만 그 경우에는 유기염료, 염색 분자 같은 경우에는 100개가 들어가면 90개, 95개가 나옵니다. 대신 키가 작아져서 또는 에너지가 작아져서 나올 뿐이죠.

<질문> (사회자) 다음 질문입니다. YTN사이언스 기자 질문입니다. 효율이 40배 높아졌다고 하셨는데, 방출하는 빛의 세기도 기존 상향변환 나노입자에 비해 강해진 건지 궁금합니다.

<답변> 기존 상향변환 나노입자에 비해서 40배 정도 그 세기가 강해진 것이 맞습니다.

<질문> 그래서 추가로 그러한 현상이, 그러니까 보면 25㎚ 이하 입자도 관찰할 수 있도록 해상도를 높일 수 있다, 라고 하는데 그게 어떤 원리로 그렇게 되는 건지 설명 좀.

<답변> 여기서 이 그림을 보고 설명드리겠습니다. 여기 보시면 해상도를 정의하는 방법이 두 가지가 있는데요. 입자 하나를 놓고 이것이 얼마나 뾰족하고 허리 폭이 좁게 나오느냐를 가지고 해상도를 정의할 수도 있고요.

2개의 입자가 어느 정도 거리를 띄우고 있을 때 이 낙타봉 같은 2개의 봉우리가 얼마나 명확하게 구분이 되느냐를 가지고 해상도를 정의할 수 있습니다.

그래서 25㎚의 크기를 갖는 나노입자가, 이것은 이론이고요, 이게 실험인데 70㎚로 관찰됐다는 의미는 뭐냐 하면 원래는 25㎚ 나노입자라 하더라도 공초점현미경이나 기존의 일반적인 현미경을 가지고 하면 무조건 한 400㎚ 이상이, 이 파장에서는 거의 500㎚ 정도의 굉장히 큰 크기를 가지고, 이게 스케일이 여기가 500㎚니까 거의 이만하게 보여야 정상적입니다.

그런데 이렇게 조그맣게 보인 이유는 이 나노입자의 가운데 부분에 특히 더 집중돼서 거기 격자가 더 가운데가 촘촘하니까 더 거기에서 폭발적으로 상향변환된 나노, 상향변환된 빛들이 폭발적으로 나올 텐데 그것이 바로 이 그래프상으로는 y축이 엄청 삐쭉하게 커지는 효과를 주게 됩니다.

그래서 만약에 빛이 조금밖에 안 나왔다 그러면 이 커브가 이렇게 나지막한 언덕처럼 나왔을 텐데, 이 빛이 가운데 부분에서 특히 더 집중돼서 왕창 나오기 때문에 이 가운데 부분이 삐쭉 높게 나온 거죠. 그러면 이제 상대적으로 최고점 대비 최저점의 중간에 해당하는 ***이라 부르는 이 허리 부분의 폭이 상대적으로 좁아지는 효과를 주게 됩니다. 그래서 해상도가 좋아진 거고요.

우리가 보통 핸드폰 사진 찍을 때도 픽셀 수가 많을수록 해상도가 좋지 않습니까? 2,000픽셀과 2,000픽셀 이게 굉장히 해상도가 좋은 사진이고 픽셀 수가 적으면 해상도가 나쁜데, 픽셀 수가 많다는 것 자체가 사실은 이 폭이 좁다는 것, 픽셀 사이즈가 작다는 것과 같은 의미라서 그렇게 이해를 하시면 되겠습니다. 그래서 해상도가 좋아진 거고요.

여기 2개를 보더라도 만약에 이것이 빛이 별로 많이 안 나왔다면 이 2개의 쌍봉이 두 가지의 봉우리가 나지막이 이렇게 돼서 2개가 거의 희미하게 구분이 됐을 텐데, 이 각각의 광사태 나노입자에서 가운데 부분에서 폭발적으로 빛이 많이 나오기 때문에 삐쭉하게 올라가고 여기도 삐쭉하게 올라가서 이 중간에 골이 더 깊어진 것처럼 보여서 2개가 더 확실히 구분되는, 그렇기 때문에 또 해상도가 좋아진 거죠.

이런 것을 아까 말한 것처럼 500㎚ 정도가 1,064㎚에서는 빛의 회절 한계인데, 해상도의 한계인데 그것을 이렇게 몇십 ㎚밖에 안 되는 고해상도로, 초고해상도로 분야를 통칭해서 ‘초고해상도 나노스코피’ 분야라고 통칭하고요. 이 분야는 2014년에 노벨화학상이 수여된 바 있는 분야입니다.

<질문> 마지막으로 하나만 여쭈겠습니다. 그러니까 상대적으로 낮은 파장의 빛이 높은... 짧은, 긴 파장이 짧은 파장으로 바뀐다는 건데.

<답변> 네, 거기까지는 상향변환이고요. 그게 효율이 굉장히 낮은 프로세스입니다. 효율이라는 것은 100개 들어가면 1개밖에 변환이 안 들어갈 정도로, 긴 파장 들어가서 짧은 파장이 되는 이게 비자연적 현상이라서 효율이 1% 미만이 된 것을,

<질문> 그러니까 파장이 짧아지면 알갱이가 하나라도 일단 빛의 세기가 커진다, 이렇게 이해하면 됩니까?

<답변> 광사태 현상이 일어나기 때문에 그나마 100개에서 40개씩이나 그렇게 긴 파장 들어가서 짧은 파장 나오는 게 훨씬 더 많이 일어난다는 겁니다. 그런 경향입니다.

<질문> 일반적으로 말하는, 흔히 쓰는 광변조기나 주파수변조기 같은 개념하고는 어떻게 다른 건가요?

<답변> 광변조기나 주파수변조기의 경우도 그 파형을 갖다가 더 짧게 만들거나 더 길게 만들거나 하지 않습니까? 그런 개념처럼 우리는 파형이 긴 빛을 파형이 짧은 빛으로 변환을 시키는데 거기에 전자소자의 경우에는 추가적으로 볼트를 걸어주든지 전류를 흐르든지 해서 모자란 에너지를 보충해 주지 않습니까?

그런데 이것은 외부에서 뭐를 보충해 주지 않고 자기들끼리 긴 파장 빛이 2개가 합쳐져서 짧은 파장 빛의 하나로, 만약에 2개가 합쳐져서 하나로 만든다든지, 아니면 3개가 합쳐져서 3배의 더 큰 에너지를 만든다든지 이런 결합의 개념이 되겠습니다. 자체적으로 모자란 에너지를 보충하는 거죠. 원자격자, 나노입자의 원자격자 속에서.

<질문> (사회자) 답변이 되셨습니까?

<질문> 된 것 같기도 하고.

<답변> (사회자) 주제가 다소 어려워서 추가적인 질문을 추후에 해 주시고. 추가 질의가 더 없는 것 같습니다. 그러면 더 이상 질문이 없는 것 같습니다. 브리핑을 모두 마치겠습니다.

<답변> 감사합니다.

<답변> (사회자) 수고하셨습니다.

<끝>