국내 연구진이 태양광 소자나 첨단 신약 개발에 도움을 줄 수 있는 세계 최고 수준의 전자카메라 기술을 개발해 주목받고 있다.

한국원자력연구원 초고속방사선연구실, 카이스트 기계공학과 공동연구팀은 극초단파 전자펄스의 타이밍을 100조분의 1초(10펨토초) 수준으로 측정하고 제어하는 기술을 개발하고 이를 초고속 전자카메라에 접목시켜 성능을 향상시키는데 성공했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤드 포토닉스 리뷰스’에 실렸다.

극초단 전자펄스를 이용한 회절분석기법은 전자펄스의 짧은 펄스폭과 광속의 99.2%에 도달하는 속도를 활용해 차세대 전기, 전자소재 개발 등 다양한 첨단 산업연구에 활용되고 있다. 그렇지만 이같은 특성을 장시간 안정화하지 못하는 한계점이 있다.

연구팀은 이 같은 한계점을 극복하기 위해 ‘테라헤르츠파 스트리킹 기술’을 활용해 전자 펄스의 타이밍을 측정하고 제어하는 시스템을 구현했다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술은 테라헤르츠파의 전기장에 전자 펄스를 가해서 진행방향을 바꾸는 것이다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술 선결조건으로는 먼저 전자 펄스를 발생시키는데 필요한 레이저와 마이크로파 신호들의 정밀한 측정과 제어가 이뤄져야 한다.

연구팀은 이를 위해 레이저와 마이크로파간 정밀 동기화 시스템, 광펄스의 모니터링 시스템, 자석 기반 전자펄스 압축 시스템 등 레이저와 마이크로파, 전자빔 안정화 장치들을 구현하고 최적화했다. 그 결과 세계 처음으로 전자 펄스의 타이밍을 5.5펨토초를 4600초 동안 안정화하는데 성공했다. 기존 세계 최고 성능보다 4배나 향상된 시간 안정도 수준이다.

김정원 카이스트 교수는 “이번 기술을 활용하면 그래핀을 포함한 2차원 물질과 같은 첨단 물질들의 새로운 성질을 손쉽게 규명할 수 있어 다양한 태양광 소재개발은 물론 전자구름 관측, 신약 개발 등 기초과학과 산업연구에 모두 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr