CWN(CHANGE WITH NEWS) - 국내 연구팀, 100조분의 1초까지 보는 초고속 전자 카메라 개발

김정원 카이스트(KAIST) 기계공학과 교수와 신준호 한국원자력연구원 초고속 방사선연구실 연구원은 지난 3월 5일 공동 연구를 통해 극초단 전자펄스의 타이밍을 10펨토초(femtosecond)수준의 안정도로 측정하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이는 기존 초고속 전자카메라(전자회절장치) 성능보다 약 4배 정도 향상된 수치로, 10펨토초는 100조분의 1초이다.

극초단 전자펄스를 기반으로 한 회절 분석 기법(UED)은 측정하려는 물질에 전자펄스를 조사(비춤)한 뒤 나타나는 회절 패턴을 통해 시료의 특성을 분석하는 기법이다.

이 기법을 사용하여 전자 펄스의 짧은 펄스폭(수십 펨토초)과 광속에 가까운 속도(99.2%)를 활용해 태양광 소자, 차세대 전기·전자 소재 개발 등 미래 첨단 산업 분야를 위한 연구에 활용되고 있다.

이번에 개발한 타이밍 안정화 기술을 이용하면 초고속 전자 회절(UED) 기법의 분석 능력을 크게 개선해 그래핀, 페로브스카이트(PSC) 등의 최첨단 신소재 물질의 개발, 분석, 발전에 큰 영행을 줄 것으로 기대된다.

김정원 교수는 “지속적으로 이루어지고 있는 전자 펄스의 타이밍 안정도 개선과 초고속 전자카메라의 성능 향상이 다양한 태양광 소재 개발이나 전자구름 관측 등 차세대 기초 및 산업 연구 수요를 맞출 수 있을 것”이라고 전망했다.

또한, 한국원자력연구원은 이 기술 개발을 통해 기존 전자 회절 기법의 분해능 개선뿐만 아니라 이전에는 불가능했던 원자 내의 전자 동역학 관측에도 도전하게 됐다.

신준호 박사가 제1 저자로서 카이스트 박사과정 중 수행한 연구 결과를 발표한 이번 성과는 국제학술지 <레이저 앤드 포토닉스 리뷰즈(Laser & Photonics Reviews; IF=10.655)>의 2월호 표지논문(front cover)으로 11일, ‘Sub-10-fs timing for ultrafast electron diffraction with THz-driven streak camera’라는 논문명과 함께 게재됐다.

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