‘아토초’ 이용해 원자의 변화 측정 성공

남창희 한국과학기술원 물리학과 교수

국내 연구진이 세계에서 가장 짧은 ‘아토초’(10의 마이너스 18승초) 펄스를 이용해 헬륨 원자의 상태를 정확히 측정하는 데 성공했다.

남창희(55·사진) 한국과학기술원 물리학과 교수 연구팀은 1일 “고출력 펨토초 레이저와 고성능 광전자 계측장비로 헬륨 원자가 이온화하는 과정에 발생한 전자의 속도를 측정해 초고속 광이온화 과정을 규명했다”고 밝혔다. 연구논문은 물리학 분야 유명 학술지인 <피지컬 리뷰 레터스> 2일치에 실렸다.

아토초는 1초의 10억분의 1인 나노초를 다시 10억분의 1로 나눈 값으로, 펨토초의 1천분의 1이다. ‘우주나이:1초=1초:1아토초’라는 비율로 비교할 수 있다. 펄스는 맥박처럼 짧은 시간에 생기는 진동현상을 말한다.

전자가 수소원자를 한 바퀴 공전하는 데 걸리는 시간은 150아토초이다. 최근 아토초 펄스 생성이 가능해지면서 자연의 초고속 현상을 계측하는 일이 가능해졌다. 남 교수 연구팀은 지난 2010년 세계에서 가장 짧은 60아토초 펄스를 생성해낸 바 있다.

연구팀은 자체 개발한 고출력 펨토초 레이저를 이용해 아르곤 기체에서 아토초 펄스를 만들어내고 이를 이용해 헬륨 원자를 광이온화시켜 원자에서 발생하는 현상을 게측했다. 이온은 중성인 원자에서 전자가 하나 떨어져 나오거나 덧붙어 전기를 띠게 된 상태를 말하며, 광이온화는 빛을 통해 이온화가 일어나는 현상을 말한다.

남창희 교수는 “이 기술을 이용하면 원자와 분자 내부에서 일어나는 초고속 현상을 계측하고 이를 이용해 원자와 분자의 상태를 조절하는 연구를 진행할 수 있을 것”이라고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]

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