▲ 이종민교수

GIST(광주과학기술원, 총장 선우중호)는 고등광기술연구소 이종민 교수, 김철민 박사, 야눌레비치 (Karol A. Janulewicz)교수 연구팀이 나노 바이오 기술을 획기적으로 발전시킬 것으로 기대되는 엑스선 레이저 증폭기의 원리와 특성을 규명하는 데에 성공했다고 밝혔다.

이 연구성과는 물리학분야의 최고 권위지로 꼽히는 「피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)」 2월호에 소개되었다. ☞ http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.053901

고차조화파 엑스선 광원은 원자나 분자에서 일어나는 전자의 움직임을 나노미터 (10억분의 1미터, 10-9 m)와 펨토초 (1천조분의 1초, 10-15 s) 수준에서 관측할 수 있게 해주는 도구이다. 이 광원은 강력한 극초단 가시광 레이저 펄스를 원자에 쪼였을 때 나오는 빛으로부터 얻어지며 매우 우수한 결맞음과 펨토초 이하의 펄스폭을 갖는다. 하지만 광원의 세기가 약한 것이 여러 분야에 응용하는 데에 걸림돌이 되어 왔다. 이를 극복하고자 고차조화파 펄스를 엑스선 레이저 증폭기에 입사시켜서 세기를 향상시키려는 시도가 전 세계의 여러 그룹에서 이루어지고 있다. 

이번 연구성과의 의의는 이 엑스선 레이저 증폭기의 작동원리를 명확히 밝힌 것이다. 기존의 이론들이 증폭기의 잡음과 파동적 특성을 무시한 반면, 이종민 교수의 연구팀은 이들 요소를 모두 고려한 이론을 제안하여, 잡음이 엑스선의 특성에 어떤 영향을 미치는지, 또 우수한 특성을 유지한 채 세기를 향상시키기 위해서는 어떤 조건이 필요한 지 설명하였다. 이 성과를 바탕으로 지금까지 보고된 실험 결과가 체계적으로 이해될 수 있고, 더 나아가 강력한 극초단 엑스선 광원의 실현이 앞당겨질 것으로 기대된다. 유럽연합의 초대형 레이저 프로젝트인 ELI (Extreme Light Infrastructure) 사업에서 고출력용 다단계 엑스선 광원 증폭기 개발이 기획중인데, 이번 연구결과는 이러한 증폭기를 디자인하는 데에 매우 중요하게 활용될 수 있다.

이번 연구를 이끈 이종민 교수는 “현재 연구소가 보유한 극초단 초고출력 레이저 시설인 ‘극초단 광양자빔 연구시설’을 활용해 물투과창 영역의 극초단 결맞음 엑스선 광원을 개발하고 있다.”면서 “이번 성과로 인해 이러한 개발이 한층 가속화될 것이다.”고 덧붙였다.

심지현 기자  bodo@emoneynews.co.kr

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