이화여대 연구팀 "세계최고 해상도 '고채도 구조색' 구현"

이화여대 화학·나노과학전공 김동하·현가담 교수 공동연구팀은 고채도 구조색(structural color)'을 구현해 세계 최고 해상도 기록을 세웠다고 24일 밝혔다.

구조색은 기하학적 미세구조에 따른 빛의 '간섭' 현상으로 나타나는 색을 뜻한다. 이는 일반적인 안료나 염료가 빛을 일단 '흡수'해서 들뜬 상태가 되었다가 안정된 상태로 다시 떨어지면서 특정 파장의 빛을 방출해 색을 띠는 현상과는 구분된다.

수컷 공작새의 화려하고 찬란한 깃털빛깔이 자연에서 발견되는 구조색의 유명한 예이며, 나비 날개나 딱정벌레의 껍질이 내는 오묘한 색도 그런 예다.
구조색은 화학적 물성이 아니라 기하학적 구조 배치에 따른 광학적 성질을 바탕으로 색을 내는 것이어서, 화학적으로 유해한 안료와 염료의 대안으로 주목받고 있다.

가시광선 영역에서 구조색을 내려면 그 구조체가 수백 나노미터 수준인 가시광선 파장과 비견할만한 크기의 주기적 구조를 가져야 한다.

이러한 구조색의 화소를 구현하기 위해서 금속이 포함된 나노구조를 사용하는 경우가 많지만, 이럴 경우 빛을 흡수하는 효과를 내는 경우가 흔해 색의 채도가 저하되는 한계가 있다.

연구팀은 금속 나노구조가 빛을 흡수하는 것이 아니라 산란을 억제하도록 하는 새로운 메커니즘을 기반으로 구조색 화소의 소형화를 실현했다.

연구 결과 해당 화소는 색상이 높은 채도를 유지하는 동시에 해상도도 높았다.

연구팀은 이번 연구가 향후 일반 카메라보다 해상도가 수백 배 높은 초고해상도가 요구되는 '스냅샷 초분광이미징' 카메라 등에 활용될 수 있다고 설명했다. 스냅샷 초분광이미징은 한 번의 촬영으로 사물의 화학적 조성까지 분석할 수 있을 정도로 해상도가 높은 이미지를 얻는 기술이다.

이번 연구 성과는 이달 21일 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 게재됐다.