[대학저널 이희재 기자] GIST(총장 문승현) 물리·광과학과 조병익 교수 연구팀은 최근 엑스선의 세기가 증가함에 따라 알루미늄의 엑스선 투과도가 비선형적으로 변화하는 현상을 최초로 발견했다.

엑스선은 가시광선보다 짧은 파장을 갖는 빛으로, 투과성이 강하여 물체의 내부 구조를 들여다볼 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 가시광 영역에서 강력한 레이저를 이용한 비선형 포토닉스 응용 연구가 활발히 이뤄지고 있는 것에 비해 엑스선의 밝기는 상대적으로 매우 약해 비선형 현상을 활용한 응용이 어렵다고 여겨지고 있었다.

연구팀은 최근 개발된 4세대 방사광 가속기인 엑스선 자유전자 레이저 펄스를 1 마이크로미터의 수준으로 집속했다. 이를 통해 기존에 비해 최고 100억 배 이상의 밝기로 엑스선을 알루미늄에 쪼여주었을 때, 엑스선의 투과율이 기존의 1/4 미만으로 감소하는 현상을 발견했다.

이는 빛의 세기를 조절해 물질의 엑스선 투과도 또는 흡수도를 조절할 수 있음을 의미한다. 또한 충돌-방사 모델을 이용한 전산모사와의 비교를 통해 이와 같은 현상이 기존의 엑스선 과학에서는 발생시키기 어렵다고 알려진 비선형 현상의 일종인 역포화흡수임을 밝혀냈다.

이번 연구는 '역포화흡수(Reverse Saturable Absorption)' 현상이 발생할 수 있음을 보여주었다. 이를 통해 비선형 엑스선 기술을 활용한 엑스선 나노 현미경 개발, 초강력 엑스선 레이저 개발 등 엑스선 포토닉스 응용 연구가 가능해 질 것으로 기대된다.

조 교수는 "이번 결과는 그간 가시광 영역에 머물러 있던 비선형 포토닉스 기술을 엑스선 영역으로 확장시킬 수 있는 가능성을 보여주는 것"이라며 "물질 내부의 특정 나노 구조만을 선택적으로 볼 수 있는 엑스선 공초점 현미경, 엑스선 펄스의 성질을 조정할 수 있는 초고속 광변조기, 초강력 엑스선 레이저의 개발 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 조 교수 연구팀이 주도하고 영국의 옥스퍼드 대학, 미국 스탠퍼드대학 가속기 센터, 독일은 자유전자레이저센터 등이 참여했다. 또한 한국연구재단 중견연구자사업, 선도연구센터사업(SRC) 및 기초과학연구원(IBS) 초강력 레이저과학 연구단(GIST 캠퍼스 연구단)의 지원으로 수행됐다.

한편 이번 연구 결과는 물리학 분야 최고 권위의 논문집인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 지난 16일 발표됐다.

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