과기연 세계 첫 테라헤르츠파 이온화 발견

서민아·김철기 박사팀… 미세가공·초고감도 센서 활용

테라헤르츠파의 이온화 현상이 처음 발견돼 안전한 사용을 위한 기준값 제시는 물론, 관련 산업 분야에 응용도 가능할 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(원장 이병권·KIST)은 서민아·김철기 박사팀이 중간 세기의 테라헤르츠 전자파 국소 증폭 장치를 개발하고, 증폭한 테라헤르츠파의 탄소 물질 이온화 현상이 발생하는 것을 처음으로 확인했다고 밝혔다.

연구진은 한국연구재단 파동에너지제어연구단(단장 이학주) 지원으로 이 연구를 수행했으며, 연구결과는 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 5월 22일자) 온라인판에 게재됐다.

테라헤르츠(㎔)파란 투과성을 가진 전자파다. 10의 12제곱을 뜻하는 테라(Tera)와 진동수 단위인 헤르츠(Hz)를 합성한 용어로, 가시광선이나 적외선보다 파장이 길어 X선처럼 강력한 투과력을 갖지만 에너지가 낮아 인체에 해를 입히지 않는 것으로 알려졌다.

최근 테라헤르츠파도 일정 수준 이상의 세기가 되면 물질 이온화 현상을 일으킨다는 보고는 있었지만 어느 정도 세기가 안전한지에 대한 연구는 지금까지 전혀 없었다.

연구진은 금속판 가운데에 나노미터(㎚=10억분의 1m) 크기의 구멍을 뚫은 것(nano-slot-antenna)을 깔때기처럼 사용해 테레헤르츠파인 펨토(10의 -12제곱)초 레이저를 증폭, 나노 구멍 한가운데에 섬처럼 위치한 나노 메타물질(금.single metal nano island) 주변에서 탄소 물질 이온화가 일어나는 것을 발견했다.

이들은 이번 연구결과를 응용하면 테라헤르츠 파의 안전한 사용을 위한 기준 값을 제시할 수 있고, 선명한 해상도로 원자 크기의 미세 가공을 하거나 특정 분자 물질을 선택적으로 검출하는 초고감도 센서로도 활용될 수 있을 것이라고 설명했다.

서민아 박사는 “이번 연구는 기술적 어려움으로 쉽게 만들 수 없었던 고출력 테라헤르츠 광원의 물질과 상호작용 특성을 살펴보고 테라헤르츠 파의 안전한 사용을 위한 기준 값을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “새로운 응용 분야로의 활용 가능성을 보여주고 있어 앞으로 지속적 연구가 기대된다”라고 말했다.

최두선 기자 cds0817@