찰나보다 빠른 '아토 과학시대'

KAIST 남창희 교수팀, 자연계 초고속현상 정확한 계측 길 열어

▲ <사진 오른쪽부터> 남창희 교수, 고동혁ㆍ김경승 학생.

'눈 깜짝하는 사이보다 빠르고, 찰나보다 더 빠른 순간'을 측정할 수 있는 아토(atto)과학시대가 열렸다.

KAIST 남창희(55ㆍ물리학과)교수의 주도로 김경택 박사와 최낙력(금오공대) 교수는 아토초 펄스를 이용해 매우 빠르게 변화하는 헬륨 원자의 상태를 정확히 측정하는 데 성공했다. 자연계의 다양한 초고속 현상을 정확히 측정할 수 있는 아토과학시대를 연 것이다.

아토초는 아토(100경분의 1, 10의 마이너스 18승) 등 극미세 세계의 단위로까지 시간으로 자연계에서 일어나는 지극히 짧은 현상을 들여다볼 수 있게 됐다.

남 교수팀은 아토초 엑스선펄스와 펨토 초(10의 마이너스 15승)레이저 펄스를 이용해 헬륨 원자를 광이온화하고 이때 발생한 전자의 파속을 측정, 초고속 광이온화 과정을 규명했다.

아토초 펄스를 이용한 원자의 초고속 광이온화 게측은 연구팀이 자체 개발한 고출력 펨토초 레이저와 고성능 광전자 계측장비로 수행된 순수 국내 연구진의 결실이다.

연구팀은 고출력 펨토초 레이저를 이용해 아르곤 기체에서 아토초 고차조화파 펄스를 생성하고 이를 이용해 헬륨 원자를 광이온화 시켜 원자에서 발생하는 초고속 광이온화 현상을 계측한 것이다. 연구팀은 2010년 세계에서 가장 짧은 60아토초 펄스를 생성해 주목을 받기도 했다.

남창희 교수는 “이번 연구는 아토초 펄스를 이용해 시간적으로 매우 빠르게 변화하는 헬륨 원자의 상태를 정확히 측정한 것으로, 앞으로 이번 연구결과를 바탕으로 원자와 분자 내부에서 일어나는 초고속 현상을 계측하고 이를 이용해 원자와 분자의 상태를 조절하는 연구를 진행하는 등 자연계의 초고속 현상을 정확히 측정하는데 기여할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 남창희 교수팀의 연구결과는 물리학의 권위있는 학술지인 'Phy sical Review Letter'지 3월호에 실렸다.

권은남 기자 silver@