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기초과학연구원·미국 IBM 공동 연구…"원자 스핀 자기장까지 시각화"

세상에서 가장 정밀한 MRI 실험 개념도자성을 띤 티타늄(빨간색)과 철(초록색) 원자가 산화마그네슘 막 위에 놓여 있다. 주사 터널링 현미경 탐침(은색)은 원자 스핀 공명 신호를 감지할 수 있다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 안드레아스 하인리히 양자나노과학 연구단장과 미국 IBM 공동 연구팀이 기존보다 100배 이상 해상도를 높인 자기공명영상(MRI) 기법을 구현했다고 2일 밝혔다.

MRI는 병원에서 병을 진단할 때 주로 쓰인다.

몸을 이루는 원자 스핀이 외부 자기장에 반응해 신체 내부를 시각화하는 원리다.

한미 연구진은 주사 터널링 현미경 탐침 끝에 원자 여러 개를 묶은 스핀 클러스터(스핀을 띤 원자 집합)를 붙였다.

주사 터널링 현미경은 뾰족한 금속 탐침과 시료 사이에 흐르는 전류로 표면 원자를 살피는 장비다.

연구진은 초고진공·극저온 조건에서 탐침이 시료 표면에 더 가까이 접근할 수 있도록 했다.

아울러 시료 원자 주변으로 탐침 스핀 클러스터를 움직이며 원자 한 개를 시각화하기 위해 실험을 거듭했다.

이를 통해 실제 표면 위 원자 하나와 스핀 클러스터 사이의 자기적 공명을 읽는 데 성공했다.

원자들의 MRI 측정 데이터서로 다른 에너지 기준으로 측정한 티타늄 원자 MRI 이미지. 설정한 에너지와 원자 자기장이 같으면 밝게 나타난다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

원자 하나의 또렷한 MRI를 촬영한 건 이번이 처음이다.

기존 분자 수준 MRI보다 해상도가 100배 좋아진 것이라고 연구진은 설명했다.

필립 윌케 IBS 연구위원은 "이 기술로 고체 표면, 양자컴퓨터 스핀 네트워크, 생체분자 등 여러 시스템의 스핀 구조를 연구할 수 있게 됐다"고 말했다.

연구진은 실제 단백질이나 양자 시스템처럼 복잡한 구조 속 원자 하나하나의 스핀 상태를 시각화할 계획이다.

안드레아스 하인리히 연구단장은 "병원에서 MRI로 사진을 먼저 찍어야 진단과 치료를 할 수 있듯이 물리적 시스템도 정확히 분석해야 한다"며 "원자 성질을 스핀 구조라는 새로운 측면에서 확인하는 길을 연 셈"이라고 강조했다.

성과를 담은 논문은 이날 '네이처 피직스'(Nature Physics) 온라인판에 실렸다.

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