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테크노트 포스텍 포항가속기연구소 “양자 스핀 파동 4차원 시공간 시각화 성공”

포스텍 포항가속기연구소(PAL)의 천세환 박사팀(XFEL 빔라인부)은 포항가속기연구소의 4세대 선형 방사광 가속기(엑스선 자유 전자 레이저)를 이용해 세계 최초로 양자 스핀 파동의 4차원 시공간 내 시각화에 성공했다. 빅데이터와 AI가 크게 발전하면서 하드디스크와 같은 대용량 저장 장치가 더욱 중요해지고 있다. 자성체 기반 저장 장치의 용량과 처리 속도를 더 높이기 위해서는 소재의 특성을 빠르게 제어하는 기술이 필요하다. 가장 주목할 만한 기술 중 하나는 빛을 이용해 자성 소재의 특성을 제어하는 옵토-스핀트로닉스(opto-spintronics)다. 4세대 선형 방사광 가속기인 엑스선 자유 전자 레이저는 수십 펨토 초의 펄스 시간 폭 덕분에 초고속으로 일어나는 자성 소재 특성 변화를 관측할 수 있다. 이를 이용해 옵토-스핀트로닉스 기술 구현을 위한 새로운 자기 상태(magnetic state)를 발견할 수 있다. 빛의 흡수를 통해 평형 상태에서 벗어난 자기 성질은 '결맞는 양자 스핀 파동(coherent magnon)'을 통해 드러날 수 있다. 이로써 빛-물질 상호 작용에 대한 이해는 물론, 빛으로 자기 상태를 제어하는 새로운 기능의 발견으로도 이어질 수 있다

이창현 기자

2023-07-26 09:15

테크노트 포스텍 포항가속기연구소, 원자 크기서 초고속 에너지 전달과정 관측

포스텍 포항가속기연구소는 X-선 자유 전자 레이저를 이용해 시료의 나노스케일 구조 정보뿐 아니라 원자 크기에서의 격자구조 정보를 얻을 수 있는 멀티플렉싱 장치 및 실험 방법을 개발했다고 22일 밝렸다. 연구팀은 이를 이용해 공간적으로 국한된 나노입자의 초고속 에너지 전달 과정을 원자 크기 수준에서 관측하는 데 성공했다. 이번 개발은 포항가속기연구소 김상수·남대웅 박사와 포스텍 물리학과 송창용 교수, 신재용 학생, 정철호 박사, 화학과 임영옥 박사 연구팀의 공동 연구를 통해 이뤄졌으며 나노분야 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters)에 2월 1일자 게재됐다. 초고속 빛-물질의 상호작용을 이용하면 물질의 숨겨진 상(Phase)으로의 접근이 가능해진다. 이러한 과정을 유도하기 위해 동역학 반응 기작(Mechanism)에 대한 이해가 필수적이지만 현재 정립된 물리학 지식이 매우 부족한 상황이다. 특히 고체 시료 내의 초고속 에너지 전달 과정을 설명할 수 있는 모델은 아직 부재한 상황이다. 이러한 난제 해결의 방법 중 하나는 전자와 이온의 협력 반응이 발생하는 펨토초(fs, 1000조분의 1초) 수준의 시간 분해능와 옹스트롬(Å,) 수준의 공간 분해능을

이창현 기자

2023-03-22 10:13