POSTECH(포항공과대학교·총장 김무환)은 김종환·조문호 신소재공학과 교수팀이 DGIST와 공동연구를 통해 초고속 레이저 분석법을 이용해 전자가 가속하며 전자기파를 방출하는 양자 경로를 규명했다고 밝혔다. 연구내용은 '네이처 커뮤니케이션스'에 소개됐다.

연구팀에 따르면, 진공과 달리 고체 내부의 전자는 높은 밀도의 원자와 충돌하기 쉽기 때문에 가속하기 어려운 것으로 알려져왔다. 하지만 2010년, ZnO (산화아연) 반도체 결정에 강력한 중적외선 레이저장을 한곳으로 모으면 전자를 빠르게 가속할 수 있다는 연구가 발표된 이래, 관련 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 

그래핀의 전자는 질량이 없는 독특한 입자 특성으로 작은 전기장으로도 매우 빠르게 움직이며, 고에너지 전자기파를 쉽게 방출할 수 있을 것으로 기대됐다. 하지만 그래핀과 같이 밴드갭이 없는 반금속 물질에서는 전자들이 여러 복잡한 양자 경로를 동시에 택하여 이동할 수 있기 때문에 전자기파 발생 원리를 분석하는 것이 매우 어려웠다. 

연구진은 그래핀이 방출하는 전자기파가 내부의 전하량에 따라 세밀하게 제어되는 점을 활용하여, 전자가 가속하는 양자 경로를 포착하는데 성공했다. 연구진은 "해당 원리를 기반으로 새로운 고에너지 광원이나 레이저 물질 분석법을 개발할 수 있을 것"이라고 기대했다. 

이번 연구는 POSTECH의 통합과정 김민정 씨와 차순영 박사, DGIST 화학물리학과 이재동 교수, 김영재 박사 등이 참여했다. 

[연구자료]