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초고속 전자카메라의 성능을 한층 더 높여
우리 대학 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 한국원자력연구원 초고속 방사선 연구실과의 공동 연구를 통해 극초단 전자 펄스의 타이밍을 10펨토초(100조분의 1초) 안정도로 측정하고 제어하는 기술을 개발, 이를 적용해 초고속 전자카메라(전자회절장치)의 성능을 한층 더 높이는 데 성공했다고 5일 밝혔다.
이 새로운 타이밍 안정화 기술을 이용하면 초고속 전자 회절(ultrafast electron diffraction, UED) 기법의 분석 능력을 크게 개선해 그래핀 등의 2차원 물질과 같은 첨단 물질들의 새로운 성질들을 규명할 수 있는 핵심 기술이 될 것으로 기대된다.
신준호 박사(現 원자력(연))가 제1 저자로서 우리 대학 박사과정 중 수행한 연구 결과를 발표한 이번 성과는 국제학술지 `레이저 앤드 포토닉스 리뷰즈(Laser & Photonics Reviews; IF=10.655)'의 2021년 2월호 표지논문(front cover)으로 2월 11일 字 게재됐다. (논문명: Sub-10-fs timing for ultrafast electron diffraction with THz-driven streak camera)
극초단 전자 펄스를 기반으로 한 회절 분석 기법(UED)은 전자 펄스의 짧은 펄스폭(수십 펨토초)과 광속에 가까운 속도(99.2%)를 활용해 태양광 소자, 차세대 전기·전자 소재 개발 등 미래 첨단 산업 분야를 위한 연구에 활용되고 있다.
한국원자력연구원은 이미 세계에서 가장 성능이 우수한 전자카메라를 보유하고 있으며, 이 기술 개발을 통해 기존 전자 회절 기법의 분해능 개선뿐만 아니라 이전에는 불가능했던 원자 내의 전자 동역학 관측에도 도전하게 됐다.
기존의 전자 펄스의 타이밍 안정화 기술들은 전자를 생성하는 고주파 마이크로파 신호와 레이저를 개별적으로 안정화했으나, 전자 펄스 자체의 타이밍을 장시간 안정화하지는 못하는 한계점이 있었다.
연구팀은 이러한 한계들을 극복하기 위해 테라헤르츠파 스트리킹(streaking) 기술로 전자 펄스의 타이밍을 측정하고 제어하는 시스템을 구현했다.
이러한 테라헤르츠파 스트리킹 기술의 선결 조건으로 먼저 전자 펄스를 발생시키는 데 필요한 레이저와 마이크로파 신호들의 정밀한 측정과 제어가 이뤄져야 하며, 연구팀은 이를 위해 레이저와 마이크로파 간의 정밀 동기화 시스템, 광 펄스의 모니터링 시스템, 자석 기반 전자 펄스 압축 시스템 등 다양한 레이저-마이크로파-전자빔 안정화 장치들을 하나씩 구현하고 최적화했다.
최종적으로 측정한 전자 펄스와 테라헤르츠파 사이의 시간 차이는 모터를 활용해 제어하고 보정했으며, 그 결과 세계 최초로 전자 펄스의 타이밍을 5.5펨토초 수준으로 4,600초 동안 안정화할 수 있었다. 이는 기존의 세계 최고 성능보다 4배 이상 향상된 시간 안정도다.
김정원 교수는 "지속적으로 이루어지고 있는 전자 펄스의 타이밍 안정도 개선과 초고속 전자카메라의 성능 향상이 다양한 태양광 소재 개발이나 전자구름 관측 등 차세대 기초 및 산업 연구 수요를 맞출 수 있을 것ˮ이라고 전망했다.
한편 이번 연구는 한국원자력연구원 주요사업과 한국연구재단 중견연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2021.03.09
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2011년도 학위수여식 개최
- 명예박사 5명, 박사 507명, 석사 1,111명, 학사 771명 등 총 2,389명 배출 -
우리학교는 11일(금) 오후 2시, 교내 류근철 스포츠컴플렉스에서 김창경 교육과학기술부 차관, 오명 이사장, 졸업생과 학부모 등 2,500여명이 참석한 가운데 2011년도 학위수여식을 가졌다.
이번 학위수여식에서는 명예박사 5명, 박사 507명, 석사 1,111명, 학사 771명 등 총 2,389명이 학위를 받는다. 이로써 KAIST는 지난 ’71년 설립 이래 박사 8,578명, 석사 22,796명, 학사 11,341명 등 총 42,715명의 고급 과학기술인력을 배출하게 됐다.
이날 행사에서는 이원조교수 제도 설립에 기여한 오이원 여사, 녹색교통대학원 설립에 기여한 조천식 회장, 장영신 회장, 김영길 한동대학교 총장, 셜리 앤 잭슨 (Shirley Ann Jackson) 美 렌셀러 폴리테크닉대학교 총장이 명예박사 학위를 받는다.
올해 학사과정 수석졸업의 영광은 화학과 류재윤(22세)씨가 차지했다. 류씨는 ‘교육과학기술부 장관상’을 받게 되며, 졸업생 대표 연설도 하게 된다.
류씨는 “수석졸업을 하게 되어 매우 영광스럽고 기쁘게 생각한다”며 “2010년 한국 이공계 대학생 대표로 노벨상 시상식에 참석한 적이 있는데 언젠가는 노벨상 수상자가 되어 다시 그 자리에 설 수 있도록 최선을 다 하겠다”고 소감을 밝혔다. 류씨는 KAIST 화학과 대학원에 진학해 유기금속촉매반응에 대해 공부할 예정이다.
이밖에 이사장상은 수리과학과 강종호(23세)씨, 총장상은 전기및전자공학과 조현재(22세)씨, 동문회장상은 항공우주공학전공 이주영(21세)씨, 기성회장상은 기계공학전공 김동한(22세)씨가 각각 수상의 영예를 안았다.
또한, 이번 학위수여식에서 문화기술대학원은 2005년 9월 개원이후 처음으로 3명의 박사를 배출하게 됐다.
아울러 ‘투무르’라 불리는 몽골 공무원 출신 투무르푸레브 둘람바자르(Tumurpurev Dulambazar)씨가 박사학위를 받으며, 그의 아들 자카(Jagdorj) 역시 현재 KAIST에 재학 중이며, 오는 8월에 있을 졸업식에서 석사학위를 수여 받아 눈길을 끌었다.
그리고 석사학위를 받는 독일 출신인 크리스토퍼 에메리히(Christopher Emmerich)씨는 KAIST와 독일의 우수대학인 칼스루헤 공과대학(Karlsruhe Institute of Technology, KIT)으로부터 복수학위(double degree)를 받기도 했다.
학위수여식에 참석한 교육과학기술부 김창경 차관은 축사를 통해 “국가가 키워낸 과학기술인재로서 높은 자긍심과 소명의식을 가지고, 국가와 사회발전을 위해 헌신해 달라”며 “세계 유수의 과학기술인과 대등하게 경쟁하고 과학기술혁신의 새로운 지평을 열어가면서 국가의 위상을 높이는데 일조해 주기를 기대한다”고 말했다.
서남표 총장은 "KAIST 졸업생은 한국뿐만 아니라 세계 모든 인류의 발전에 크게 이바지할 준비를 마쳤다”며 “KAIST에서 받은 교육을 최대한 활용해 사회와 인류의 발전을 위해 널리 세상에 공헌하길 바란다”고 말했다.
2011.02.11
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