기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 김경택 교수(50세)를 IBS 상대론적 레이저과학 연구단의 신규 연구단장으로 선임했다. IBS의 GIST 캠퍼스에 위치한 상대론적 레이저과학 연구단은 12월 16일부터 연구에 착수한다.

김경택 신임 단장은 KAIST 물리학과에서 석·박사학위를 받았다. 그 후 GIST 고등광기술연구소와 캐나다 국립연구회(NRC)·오타와대를 거쳐 2014년부터 GIST 물리·광과학과 교수를 역임하고 있다. 2014년부터는 2023년까지 IBS 초강력 레이저과학 연구단의 그룹리더, 부연구단장직을 수행하기도 했다.

초강력 레이저 연구는 초고출력·고에너지 레이저를 기반으로 기초과학뿐만 아니라 의료기술·우주·국방 등 응용연구 및 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 적용되는 분야다. 특히, 초강력 레이저를 활용한 새로운 광원 기술은 반도체 제조 공정과 정밀 이미징 기술의 혁신을 이끌고 있으며, 나노 기술 및 양자 과학 연구에도 중요한 도구가 되고 있다.

김 단장은 새로운 극자외선 아토초(Attosecond, 100경분의 1초) 펄스 압축 기술로 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 방법을 제안해 세계적으로 주목받았다. 또한, 강력한 레이저를 이용해 나노 구조 이미징 및 반도체 기술 응용에 사용될 수 있는 새로운 극자외선 아토초 펄스 생성 방법을 실험으로 구현하는 등의 뛰어난 성과를 냈다.

대표 성과로는 평평한 액체 시트를 사용한 플라즈마 거울에서 생성되는 고차조화파¹⁾ 연구(2023, Nature Communications), 극자외선 발생 과정에서 광원의 세기를 고려한 새로운 경로 개발(2018, Nature Photonics), 레이저 필드의 시간적 특성을 높은 해상도로 측정할 수 있는 터널링 이온화 방법 개발(2018, Optica) 등이 있다. 이러한 우수 업적을 바탕으로 한국광학회 학술대상(2022), 한국물리학회 원자분자물리학상(2020) 등을 수상했다.

김 단장이 이끌 상대론적 레이저과학 연구단은 상대론적 고차조화파 아토초 펄스 생성 및 측정에 대한 연구를 수행하며, 안정적인 입자 가속 기술을 개발하고자 한다. 이를 이용해 상대론적 영역으로 가속된 입자와 빛 입자의 충돌과 같은 극한의 상황에서 일어나는 강력장 양자전기역학현상(Strong Field Quantum Electrodynamics)을 집중적으로 연구할 계획이다. 특히, 중성자별 또는 블랙홀 주변에서 관측되는 양자전기역학적 플라즈마 생성을 실험으로 구현하는 것을 최종 목표로 한다.

김 단장은 “아토초 과학은 물질의 초고속 성질 변화를 관측하는데 유용할 뿐만 아니라, 빛의 세기를 극단적으로 강하게 만들 수 있는 방법을 제공한다”며, “강력한 아토초 펄스를 이용해 양자전기역학 현상 연구를 필두로 빛과 물질의 극한 상호작용을 규명해 천체물리학·화학·생명·양자과학을 아우르는 과학기술 발전에 기여하고자 한다”고 밝혔다.

노도영 IBS 원장은 “김경택 신임 단장은 국내 아토초 과학 분야를 개척하고, 고부가가치 초강력 레이저의 핵심 원천기술 확보에 크게 기여했다”며 “김 단장과 더불어 광기술 연구에 특화된 GIST와의 긴밀한 협력으로 새로운 레이저 과학 기술 시대를 열어갈 성장 발판을 마련하고자 한다”라고 밝혔다.

1) 고차조화파(High Harmonics) : 강한 레이저와 비선형 매질의 상호작용으로 생성되는 빛으로, 극자외선(EUV) 또는 엑스선(X-ray) 영역에 걸친 넓은 주파수 스펙트럼을 갖는다. 이를 활용하면 수십에서 수백 아토초의 극초단 펄스를 생성할 수 있다.