이 분광기는 픽셀보다 작지만 우리가 볼 수 없는 것도 볼 수 있습니다.

연구진은 현재 기술보다 수십 배 더 작은 크기로 자외선부터 근적외선까지의 빛의 파장을 정확하게 측정할 수 있는 분광기를 성공적으로 시연했습니다. 이 기술은 휴대용 분광기 제작을 가능하게 하며, 새로운 센서 어레이를 통합하여 차세대 이미징 분광기로 사용할 수 있는 장치 개발에 큰 가능성을 제시합니다. 이 사진은 일련의 프로토타입 유기 광검출기 기반 분광기 셀을 보여줍니다. 각 금속 막대는 광 스펙트럼을 측정할 수 있는 검출기입니다. 사진 제공: 브렌던 오코너, 노스캐롤라이나 주립대학교

연구진은 현재 기술보다 수십 배 더 작은 크기로 자외선부터 근적외선까지 빛의 파장을 정확하게 측정할 수 있는 분광기를 성공적으로 시연했습니다. 이 기술은 휴대용 분광기 제작을 가능하게 하며, 새로운 센서 어레이를 통합하여 차세대 이미징 분광기로 활용할 수 있는 장치 개발에 큰 기대를 걸고 있습니다.

"분광기는 빛이 재료와 상호작용할 때 어떻게 변하는지를 바탕으로 다양한 재료의 화학적 및 물리적 특성을 이해하는 데 중요한 도구입니다."라고 이 연구 논문의 교신저자이자 노스캐롤라이나 주립대학교 기계항공우주공학과 교수인 브렌던 오코너는 말합니다. "분광기는 제조부터 생의학 진단에 이르기까지 다양한 분야에 사용됩니다. 하지만 시중에 나와 있는 가장 작은 분광기는 여전히 상당히 큽니다.

"저희는 저전압에서 빠르게 작동하고 광범위한 빛에 민감한 분광기를 개발했습니다."라고 오코너는 말합니다. "저희 데모 프로토타입은 크기가 몇 제곱밀리미터에 불과해서 휴대폰에 장착할 수 있습니다. 원한다면 픽셀만큼 작게 만들 수도 있습니다."

이 기술은 빛이 표적 물질과 상호작용한 후 빛의 파장을 감지할 수 있는 소형 광검출기를 활용합니다. 광검출기에 다양한 전압을 인가함으로써 광검출기가 가장 민감하게 반응하는 빛의 파장을 조절할 수 있습니다.

"광 검출기에 다양한 전압 범위를 빠르게 인가하고 각 전압에서 포착되는 모든 빛의 파장을 측정하면, 간단한 계산 프로그램으로 표적 물질을 통과하거나 반사되는 빛의 정확한 특징을 재현할 수 있을 만큼 충분한 데이터를 얻을 수 있습니다."라고 오코너는 말합니다. "전압 범위는 1볼트 미만이며, 전체 과정은 1밀리초 이내에 완료될 수 있습니다."

소형화된 광 검출기를 만들기 위한 이전 시도는 복잡한 광학에 의존하거나, 고전압을 사용하거나, 그렇게 광범위한 파장에 그다지 민감하지 않았습니다.

개념 증명 테스트에서 연구진은 픽셀 크기의 분광기가 기존 분광기만큼 정확하고 상업용 광 검출 장치와 비슷한 감도를 가지고 있음을 발견했습니다.

"장기적으로 우리의 목표는 분광기를 소비자 시장에 출시하는 것입니다."라고 오코너는 말합니다. "이 기술의 크기와 에너지 소비량 덕분에 스마트폰에 통합하는 것이 가능하며, 이를 통해 몇 가지 흥미로운 응용 분야가 가능할 것으로 생각합니다. 연구 관점에서 볼 때, 이는 이미징 분광학, 미세 분광학, 그리고 실험실에서 유용하게 활용될 수 있는 다른 응용 분야에 대한 접근성을 향상시킬 수 있는 길을 열어줍니다."

"바이어스 조정 가능한 탠덤 유기 광검출기 기반 단일 픽셀 분광기"라는 제목의 논문이 Device 저널에 게재되었습니다. 이 논문의 제1 저자는 노스캐롤라이나 주립대학교 박사과정생이었던 해리 슈릭스입니다. 이 논문은 노스캐롤라이나 주립대학교 박사과정생이었던 압둘라 알 샤페, 노스캐롤라이나 주립대학교 학부생이었던 케일럽 무어, 노스캐롤라이나 주립대학교 박사과정생인 유센 페이, 노스캐롤라이나 주립대학교 재료과학 및 공학과 월터 & 아이다 프리먼 석좌교수인 프랭키 소, 그리고 노스캐롤라이나 주립대학교 전기컴퓨터공학과 존 & 캐서린 에임 가문 석좌교수인 마이클 쿠데노프가 공동 집필했습니다.

본 연구는 미국 국립과학재단의 보조금 1809753과 2324190, 해군연구소의 보조금 N000142412101로 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250729044707.htm