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기초과학硏-미국 IBM, 기존 MRI보다 해상도 100배 높은 자기공명영상 기술 개발

(아시아뉴스통신= 이기종기자) 기사입력 : 2019년 07월 03일 08시 53분

기존 MRI 촬영보다 100배 향상된 시각화 기술을 개발한 기초과학연구원 양자나노과학연구단 등 국내외 연구는 국제 학술지 네이처 피직스(Nature Physics, IF=22.727)에 7월 2일 게재됐다.(자료출처=네이처)

기초과학연구원(IBS)은 양자나노과학연구단이 미국 아이비엠(IBM)과 공동으로 기존의 분자 수준 자기공명영상보다 100배 이상 해상도를 높이고 원자 한 개의 자기장을 관찰할 수 있는 자기공명영상 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.
 
자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)은 병원에서 병을 진단할 때 주로 쓰이는데 몸을 이루는 원자들의 스핀이 외부 자기장에 반응해 우리 눈엔 보이지 않는 신체 내부를 시각화하는 원리다.

그러나 현재 미시세계 연구를 위해 분자 수준까지 측정할 수 있는 자기공명영상 연구가 이뤄졌으나 해상도가 나노미터 수준에 머물러 개별 원자를 분명하게 보기는 어렵다는 것이 기술적 한계이다.
 
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 스핀끼리 자석처럼 서로 끌어당기거나 밀어내는 성질에 착안해 주사터널링현미경(STM, Scanning Tunneling Microscope) 탐침 끝에 원자 여러 개를 묶은 스핀(SPIN, 입자 성질) 클러스터를 부착하는 방법을 고안했다.
 
연구과정을 보면 연구진은 스핀 클러스터가 안정적인 탐침 원자와 달리 자기장을 띠어 시료(시험재료) 원자의 스핀과 자기적인 상호작용이 발생할 것으로 예측했다.
 
또 초고진공, 극저온 조건을 적용해 탐침이 시료 표면에 더욱 가까이 접근할 수 있도록 했다.
 
이어 시료 원자 주변으로 탐침의 스핀 클러스터를 움직이며 원자 한 개를 시각화하기 위해 실험을 거듭했다.
 
이 연구결과에 의하면 표면 위 원자 하나와 스핀 클러스터 사이의 자기적 공명을 읽는 데 성공했다.
 
특히 원자 한 개와의 자기적 공명 에너지를 볼 수 있게 됐고 기존의 분자 수준 자기공명영상보다 100배 높은 해상도로 원자 하나의 또렷한 자기공명영상을 촬영한 것은 최초다.
 
제1저자인 필립 윌케(Philip Willke) 연구위원은 “최근 자성 저장 장치를 포함해 나노 수준에서 다양한 자성 현상이 보고되고 있다”며 “이번 자기공명영상 기술로 고체 표면, 양자컴퓨터의 스핀 네트워크, 그리고 생체분자까지 여러 시스템의 스핀 구조를 연구할 수 있게 됐다”고 말했다.
 
이 연구는 국제 학술지 네이처 피직스(Nature Physics, IF=22.727)에 7월 2일 게재됐다.


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