세계에서 가장 세밀한 MRI 구현…"해상도 100배 향상"

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

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.

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.

/연합뉴스