탄소 원자 경계면까지 확인, 새로운 주사투과전자현미경(STEM) 개발

2016.02.29 19:00

금과 탄소 시료를 관찰한 영상. 연구팀이 새로 개발한 고성능 전자빔(오른쪽)을 이용하면 존의 전자빔(왼쪽)으로는 볼 수 없었던 탄소 원자의 경계가 보인다. - 네이처 커뮤니케이션스 제공

금과 탄소 시료를 관찰한 영상. 연구팀이 새로 개발한 고성능 전자빔(오른쪽)을 이용하면 기존의 전자빔(왼쪽)으로는 볼 수 없었던 탄소 원자의 경계가 선명하게 보인다. - 네이처 커뮤니케이션스 제공

 

탄소 원자 하나의 경계면까지 선명하게 들여다 볼 수 있는 고성능 현미경을 실현시킬 새로운 전자빔이 개발됐다.

 

앤드류 마이너 미국 로렌스버클리국립연구소 전자현미경연구실장 팀은 기존의 주사투과전자현미경(STEM)에 광학 기술을 결합한 새로운 고성능 전자빔 ‘MIDI-STEM’을 개발했다고 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 29일자에 발표했다.

 

STEM은 시료에 전자빔을 쏜 뒤 투과된 전자를 검출해 영상을 얻는 전자현미경으로, 이를 이용하면 눈으로는 볼 수 없는 작은 크기의 분자를 확대해 볼 수 있다.

 

하지만 STEM은 많은 양의 전자를 한꺼번에 집중해서 쏘는 만큼 시료의 구조나 성질 등을 파괴할 수 있다는 단점이 있다. 고화질을 얻기 위해서는 많은 양의 전자를 시료에 투과시켜야 하지만, 리튬같이 가벼운 금속이나 유기화합물처럼 약한 시료에는 아주 적은 양의 전자를 쏠 수밖에 없어 선명한 화질을 얻기 어렵다.

 

기존의 전자빔(왼쪽)과 새로운 전자빔(오른쪽)을 적용한 주사전자현미경(STEM)의 구조. - 네이처 커뮤니케이션스 제공
기존의 전자빔(왼쪽)과 위상판을 접목한 새로운 전자빔(오른쪽)을 적용한 주사전자현미경(STEM)의 구조. - 네이처 커뮤니케이션스 제공

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 전자를 조금 쓰면서도 고화질 영상을 얻을 수 있도록 STEM에 ‘위상판’이라고 불리는 광학 기술을 접목했다. 위상판은 전자빔에 인위적으로 위상차를 만들어 시료의 구조를 명암차로 뚜렷하게 볼 수 있도록 만드는 역할을 한다.

 

연구팀은 이렇게 만든 고성능 전자빔을 이용해 크기가 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m) 수준인 금과 탄소 시료를 관찰한 결과, 기존의 전자빔으로는 볼 수 없었던 시료의 미세한 변화까지 확인했다. 고화질로 탄소 원자의 경계까지 선명하게 볼 수 있게 된 것이다.

 

논문의 제1 저자인 콜린 오퍼스 로렌스버클리국립연구소 연구원은 “새로 개발한 전자빔을 이용해 기존에는 관측할 수 없었던 무거운 원소와 가벼운 원소가 섞여 있는 혼합물의 구조를 눈으로 직접 볼 수 있는 가능성이 열렸다”고 말했다.

 

마이너 실장은 “이번 연구 결과는 연구용 현미경뿐만 아니라 컴퓨터단층촬영(CT)의 성능 향상에도 도움이 될 것으로 기대한다”며 “늘어난 데이터 양을 빠르게 처리할 수 있는 방안을 모색해 향후 이 기술을 상용화할 수 있도록 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.

 

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

작성하기

    의견쓰기 폼
    0/150