수분에 흡수되지 않는 물투과창 영역의 아토초 극자외선은 초고속 나노·바이오 영상기술 개발에 필수적인 광원이다. 그동안 학계에선 '상대론적 흔들이 거울 모델'에 기반해 수십 나노미터(㎚) 정도의 파장을 갖는 아토초 광원을 발생시켜 왔다. 이 모델은 고체 표적 위의 플라스마에서 형성된 전자층이 매우 빠른 속도로 전후로 진동하면서 아토초 수준의 극자외선 광원이 발생하는 것을 설명하는 이론이다. 하지만 발생하는 극자외선의 파장이 수십㎚에 머물러 있기 때문에 10㎚ 이하의 작은 나노 및 생체 물질에 직접 적용하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 '흔들리는 비행 거울'이라는 새로운 모델을 개발했다. 이 모델에 의하면 플라스마 내 전자층은 매우 빠른 속도로 진동할 뿐 아니라 매우 긴 거리(약 100μm)를 빛의 속도에 가깝게 진행하기 때문에 기존 모델에 비해 더 쉽게, 더 짧은 파장(4.9㎚)을 갖는 아토초 극자외선 광원을 발생시킬 수 있다.
또 기존 전자 현미경을 활용한 정적인 물질 분석 방법에서 벗어나 초고속 X선 회절 등을 이용한 시분해 측정을 통해 나노 구조의 형성 및 나노 소자의 동작 특성을 파악할 수 있다는 장점이 있다. 나노 구조 및 소자의 특성을 시공간적으로 원자 단위로까지 분해할 수 있어, 물질 변화 과정에 대한 근본적인 탐구가 가능할 것으로 기대된다.
정태문 고등광기술연구소 초강력레이저연구실 실장은 "이번 연구는 펨토초 초강력 레이저를 이용해 시공간의 극한인 초고속 극미세 현상을 연구할 수 있는 길이 열렸다는 점에서 그 의의가 크다"고 말했다.
true@fnnews.com 김아름 기자
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