제목 | 아토초 레이저로 원자ㆍ분자의 초고속 현상 밝힌다 | ||||
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작성자 | 전체관리자 | 등록일 | 2014-06-01 | 조회 | 5000 |
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'초강력 레이저과학 연구단' 그룹 리더 김경택 GIST 교수 아토초 레이저로 원자ㆍ분자의 초고속 현상 밝힌다▲ 김경택 교수가 레이저 펄스의 형성 과정을 설명하고 있다. 앞으로 김 교수의 연구그룹은 초강력 레이저로 아토초 펄스를 생성하고 측정할 예정이다. '빛고을' 광주의 북서쪽에 위치한 광주과학기술원(GIST). 이곳에는 빛고을이란 이름에 걸맞게 초강력 레이저를 개발하고 연구하는 시설이 들어서 있다. 기초과학연구원(IBS) '초강력 레이저과학 연구단(단장 남창희)'은 광주과학기술원이 보유한 30펨토초 페타와트 레이저 시설을 기반으로 2012년 12월에 설립됐다. 전자가 원자핵을 한 바퀴 도는 시간은?![]() ▲ 광주과학기술원 극초단 광양자빔 특수연구동의 레이저 실험실에서 포즈를 취한 김경택 교수. 김 교수는 5월 1일부터 '초강력 레이저과학 연구단'의 아토초 과학 연구그룹 리더를 맡고 있다. "일상적으로 빠른 시간을 말할 때 '눈 깜짝할 새'란 표현을 쓰지요. 하지만 연구자 입장에서는 1000분의 1초라는 눈 깜짝할 새도 굉장히 긴 시간입니다. 이에 비해 아토초는 소수점 아래에 0이 17개나 있는 10-18초라는 아주 짧은 시간이죠."
초강력 레이저과학 연구단에서 아토초 과학 연구그룹을 맡고 있는 김경택 교수는 2000년대 초에 시작된 아토 과학에 대해 이렇게 설명하기 시작했다. 김 교수는 "연구단은 초강력 레이저라는 아주 센 빛과 원자, 분자 같은 물질의 상호작용을 연구한다"며 "이 중에서 아토초 과학 연구그룹은 원자나 분자의 운동상태, 그 속에서 일어나는 초고속 현상을 다룬다"고 밝혔다.컴퓨터, 스마트폰 같은 전자장비는 마이크로초(100만분의 1초)나 나노초(10억분의 1초)에 신호 처리나 계산이 이루어진다. 펨토초(1000조분의 1초, 10-15초)의 시간 규모에서는 분자들의 회전 또는 해리(dissociation)가 벌어지는 한편, 아토초 시간 규모에서는 원자에서 전자가 이온화되는 현상이 일어난다. 아주 가벼운 분자는 수 펨토초에 운동하고, 수소 원자에서 전자가 원자핵을 한 바퀴 돌 때 160아토초가 걸린다.
김 교수는 "아토초 해상도의 레이저 펄스를 이용해 카메라로 사진을 찍듯이 시간에 따라 스펙트럼을 찍을 수 있다"며 "예를 들어 원자의 이온화 같은 초고속 현상을 알아낼 수 있다"고 말했다. 이처럼 원자, 분자, 고체, 나노구조체 내에서 일어나는 초고속 현상이 아토초 과학에서 연구하려는 주제라고 한다. 아토 과학의 대가를 만나다![]() ▲ 김경택 교수가 2013년 <네이처 포토닉스>표지논문으로 발표했던 '아토초 등대 효과'를 설명하고 있다. 특히 고차조화파를 이용해 아토초 펄스를 생성하는 과정은 이온화, 가속, 충돌이라는 3단계 모형으로 이해할 수 있다. 즉 원자나 분자에 초강력 레이저를 쏘면 전자가 이온화되고, 이온화된 전자가 멀어지다가 레이저장의 부호가 바뀌면 반대 방향으로 가속되며, 가속된 전자가 원자나 분자와 충돌하면서 고차조화파를 방출하는데, 이 고차조화파를 이용해 아토초 펄스를 생성할 수 있다. 아토초에 작동하는 전자소자 개발에 도전![]() ▲ 2013년 <네이처 포토닉스>와 <네이처 피직스>표지를 앞에 두고 김경택 교수(왼쪽)가 남창희 단장과 얘기를 나누고 있다. 그동안 아토초 물리는 주로 원자, 분자를 대상으로 진행돼 왔다. 예를 들어 분자 운동을 연구하다 보면 DNA가 어떤 구조로 이루어져 있는지, 광합성 같은 현상이 어떻게 일어나는지 좀 더 깊은 수준에서 알 수 있다. |
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