사마귀 새우의 눈에서 찾아낸 고성능 파장판

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-05

사마귀 새우(mantis shrimp)의 눈에서 더 우수한 광학저장 장치를 개발하기 위한 방법을 찾아냈다. 아마도 동물의 왕국에서 가장 복잡한 눈을 가졌다고 여겨지는 사마귀 새우는 전체 가시광선 스펙트럼에서 거의 완벽하게 원형 편광의 빛을 선형 편광의 빛으로 바꿀 수 있다. 이렇게 놀라운 능력 덕분에 국제 연구팀은 오늘날 인간이 만든 몇몇 편광 광학부품들을 다르게 보고 있다. “우리는 사마귀 새우의 눈에서 파장에 무관하게 빛의 편광을 조작하는 특별한 광수용체 세포를 찾아냈다. 만일 이 세포를 흉내 내는 적당한 광학적 특성을 화학적으로 만들 수 있다면, 똑같은 광학적 원리를 응용하지 못할 이유가 없다.”라고 영국 브리스톨대(University of Bristol)의 생물학자 니콜라스 로버츠(Nicholas Roberts)는 말했다. 편광 파장판(Polarizing wave plates) 혹은 파장 지연기는 CD와 DVD 및 프로젝터와 같은 수많은 일반적인 데이터 저장 시스템에 사용되는 중요한 광학부품이다. 문제는 하나의 컬러에 대해서가 아니라 수많은 여러 가지 컬러의 빛에 대해 작용하는 파장판을 설계하는 것이 대단히 어렵다는 점이다. 과학자들은 파장이하의 회절격자를 포함함으로써 일정한 수준의 무색성을 달성하는 4분파장판은 그럭저럭 제조해왔지만, 여전히 대부분은 단색이라는 것도 사실이다. 사마귀 새우의 눈에 있는 파장판은 전체 가시광선 스펙트럼에 대해서 작동함으로써 인간이 만든 모든 시스템들을 뛰어넘는 능력을 가졌다는 점에서 굉장하다. 그 비밀은 정밀하게 설계된 사마귀 새우의 광수용체에 있다. 이 광수용체 세포에는 많은 세포막들이 튜브 형태로 말려 있다. 세포막들이 튜브로 말려서 함께 몰려있는 방식은 그 세포의 굴절률에 영향을 준다. 굴절률의 차이 때문에 입사광은 2개의 성분들로 나뉘어 서로 다른 속도로 진행한다. 만일 한 성분이 나머지 다른 성분에 비해서 4분의 1파장만큼 지연된다면, 원형 편광의 빛은 선형 편광의 빛으로 바뀐다. “우리의 장치에서는 파란색으로부터 빨간색으로 이동함에 따라서 굴절률의 차이가 증가한다. 이것은 모든 파장에 대해서 이러한 지연이 항상 4분의 1파장이라는 것을 의미하며 우리가 무색성 장치를 갖게 되었다는 것을 의미한다.”라고 로버츠는 설명했다. 연구진은 이제는 광학부품 설계자들이 이러한 디자인을 복사하여 현재 이용할 수 있는 것보다 훨씬 더 우수한 성능을 가진 인공 파장판을 만들 수 있게 될 것이라고 기대하고 있다. 이번 연구는 브리스톨대와 미국 메릴랜드대(University of Maryland Baltimore County) 및 호주 퀸즐랜드대(University of Queensland)의 과학자들이 포함된 공동연구를 통해 수행되었다. * 그림 : 서로 다른 형태의 원형 편광의 빛을 볼 수 있는 사마귀 새우의 능력은 인공적인 디자인을 능가하는 4분파장판 덕분이다. * 관련논문 : Nature Photonics DOI:10.1038/NPHOTON.2009.189 shrimp.jpg 출처 : http://optics.org/cws/article/research/41341