기초과학연구원(IBS·원장 김두철)이 기조 물리 이론으로 설명되지 않는 새로운 극자외선 발생경로를 밝혀냈다.
IBS는 초강력 레이저과학 연구단의 김경택 GIST 물리광과학과 교수팀이 펨토초 레이저를 활용해 새롭게 결맞은 극자외선 발생 경로를 규명했다고 27일 밝혔다.
극자외선은 파장이 10~120나노미터(㎚)인 빛이다. 짧은 파장으로 반도체 기판에 회로를 조밀하게 그려낼 수 있다. 물질의 물성을 파악하는 분광학 연구에도 활용가능하다. 극자외선을 다방면에 활용하려면 '결맞음성'을 갖춰야 한다. 결맞음성은 빛 파장 위상과 주파수가 같아 서로 보강 간섭하는 성질로 강력한 빛을 생성하는 조건이다.
지금까지는 별도 광원으로 원자에 빛을 가하는 '다중광자흡수' 현상으로만 결맞은 극자외선을 생성할 수 있는 것으로 알려졌다. 그러나 연구팀은 강력한 강력한 빛을 가해 다중광자흡수 현상과는 다른 '좌절된 터널링 이온화(FTI)' 현상으로 극자외선이 발생한다는 것을 발견했다.
1000조분의 1초에 빛을 가하는 펨토초 레이저는 대상이 되는 전자와 원자를 분리하는데, 이후 과정에서 결맞은 극자외선이 발생한다. 전자가 자유롭게 가속하며 진동하다가 높은 에너지 준위 상태인 '들뜬 상태'로 원자와 결합하고, 에너지 준위가 떨어지는 '바닥상태'가 되면서 결맞은 극자외선을 내놓는다는 설명이다. FTI 현상으로 발생시킨 극자외선이 기존과 달리 세기와 발생방향도 조절할 수 있다. 이는 기존 다중광자흡수 현상으로는 설명하기 어렵다.
연구팀은 이번 성과로 결맞은 극자외선의 생성원리를 규명하고 광물리학 연구의 근본 이해를 넓혔다고 설명했다. 산업계에서 요구하는 더 강력한 극자외선 광원과 이를 활용한 초미세 공정도 개발할 수 있다고 전망했다.
김경택 교수는 “이번에 규명한 극자외선 발생 경로로 무궁무진한 관련 연구 확장이 가능할 것”이라며 “새로운 학문분야 탄생으로도 이어질 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
