2012-07-04 21:55

Photo of single atom’s shadow taken for first time

By Grace Kim

An Australian research team has succeeded in photographing the shadow of a single atom for the first time, reported a science journal on June 3.

“We have reached the extreme limit of microscopy; you cannot see anything smaller than an atom using visible light,” said Prof. Dave Kielpinski of Griffith University’s Centre for Quantum Dynamics in Brisbane, Australia.

The Kielpinski/Streed research team worked for five years with a super high-resolution microscope that was able to concentrate images on a smaller area than had ever been achieved before, creating a darker image which was easier to see.

A single atom of the element ytterbium was trapped and exposed to a specific frequency of light. Under this light the atom’s shadow was cast onto a detector, and a digital camera was then able to capture the image.

Research team member Dr. Erik Streed said the photo has a myriad of implications, especially for biomicroscopy.

"Because we are able to predict how dark a single atom should be, as in how much light it should absorb in forming a shadow, we can measure if the microscope is achieving the maximum contrast allowed by physics,” he explained.

Dr. Streed expects high-resolution microscopes will allow scientists to observe processes within cells, under optimum microscropy conditions, without crossing the threshold and destroying them.

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단 한 개의 원자 그림자 촬영 성공

호주 과학자들이 세계 최초로 원자 한 개의 그림자를 촬영하는 데 성공했다고 사이언스 데일리가 3일 보도했다.

데이브 킬핀스키 교수가 이끄는 그리피스 대학 연구진은 가시광선으로 볼 수 있는 물질의 최소단위인 원자를 그림자 상태로 촬영하는데 성공했다고 네이처 커뮤니케이션스지에 발표했다.

킬핀스키 교수는 "우리는 얼마나 적은 수의 원자로 그림자를 드리울 수 있는지 알고 싶었는데 단 한 개로도 가능함을 입증했다"고 강조했다.

연구진은 원자가 눈으로 볼 수 있는 짙은 그림자를 만들도록 하는 초고해상도 현미경으로 5년간 작업한 끝에 이런 결실을 거뒀다. 이들은 이전의 어떤 실험에서보다도 작은 면적에 원자의 이미지를 집중시킴으로써 눈에 보이는 짙은 영상을 만들어 낼 수 있었다.

이들은 "빛의 주파수를 바꾸면 원자에 쬐이는 빛이 10억분의 1로 줄어들어 영상을 볼 수 없게 된다"고 촬영 과정의 정밀성을 설명했다.

사진을 찍을 수 있을만큼 오래도록 원자를 고정시키는 것 자체가 놀라운 일이지만 이는 새로운 기술은 아니다. 원자는 전기력에 의해 방 안에 격리된 채 자유 공간에 고정된다.

연구진은 예터븀(Yb) 원소의 원자 이온 한 개를 붙잡아 특정 주파를 가진 빛에 노출시켰다. 이 빛 아래서 원자의 그림자는 감지기 위에 드리워졌고 디지털 카메라가 그 영상을 포착할 수 있었다.

이들은 이 실험의 의미가 매우 큰 것이라면서 "이런 실험으로 원자 물리학에 대한 이해를 확실히 할 수 있으며 이는 양자 컴퓨터 개발에도 유용하게 쓰일 것"이라고 말했다.

이들은 또 "단 한 개의 원자가 얼마나 짙게 나타나는지, 즉 그림자를 만들기 위해 얼마나 많은 빛을 흡수하는지 예측할 수 있기 때문에 현미경의 명암이 물리학적으로 허용되는 최대한도인지를 측정할 수 있다"고 밝혔다.

연구진은 DNA 가닥 같은 극도로 작고 연약한 생물학적 표본 등을 관찰할 때는 지나친 양의 자외선이나 X-선으로 표본이 파손될 수 있기 때문에 이처럼 극도로 정밀한 현미경이 중요하다고 지적했다.

이들은 "이제 최상의 현미경 조건에서 한계치를 초과하거나 표본을 파괴하지 않고도 세포 안에서 일어나는 현상을 관찰하는데 얼마나 많은 빛이 필요한지 예측할 수 있게 됐다"면서 이는 생물학자들의 사고 방식을 바꿀 수도 있을 것이라고 말했다. (연합뉴스)