ICT/융합

양자 터널링 시간 상한값 측정

발행일 : 2019 / 12 / 18

중국과학원 정밀측정과학·기술혁신연구원 류샤오쥔(柳曉軍) 연구팀은 러시아 및 호주 연구팀과 공동으로 최초로 “Attoclock” 기반의 터널링(Tunneling) 시간 측정을 분자 시스템으로 확장하여 해당 시간의 상한값은 10 아토초(1아토초=10-18초)임을 확정했다. 해당 성과는 “Physical Review Letters”에 게재됐다.

양자터널 효과란 미시적 세계에서 전자 등 미시적 입자가 자체에너지 준위보다 높은 퍼텐셜 장벽을 통과하는 현상을 말한다. 양자터널은 항성 핵융합, 방사성 붕괴 등 수많은 자연현상을 이해하는데 매우 주요한 역할을 일으킬 뿐만 아니라 주사형 터널 현미경 등 현대 과학 기기의 물리적 기반이다.

펨토초 강한 레이저 필드(Laser field) 조건에서 원자 내에서 발생하는 전자 터널링 전리 과정에 시간이 소요되는 지에 관한 문제를 연구하기 위해 과학계는 “Attoclock” 방법을 제안했다. 해당 방법은 터널링 시간을 터널링 전자 방출각 편이로 전환시킴으로써 광전자 스펙트럼의 운동량 분포에서 터널링 시간 정보를 판독한다. 하지만 지난 10여 년 동안 “Attoclock” 방법을 기반으로 하고 다양한 원자 시스템을 결합하여 연구하여 얻은 결과는 현저한 차이가 있다. 터널링 전리는 순간적으로 발생하거나 또는 100 아토초급의 시간을 소요할 가능성이 있다.

상기 논쟁을 둘러싸고 연구팀은 새로운 이온 파편(Ion fragments) 측정 기반의 분자 “Attoclock” 방법을 제안하여 터널링 시간 측정을 최초로 분자 시스템으로 확장시켰다. 해당 방법을 수소 기체 분자의 강한 필드(Strong field) 터널링 전리 연구에 응용하여 터널링 시간 상한값 10 아토초를 획득했다. 이는 기존에 수소 원자 터널링 전리 연구에서 획득한 터널링 순간 발생 결과와 일치하다.

“Attoclock” 방법을 기타 복잡한 분자 시스템에 확장 이용하여 분자 구조, 분자 궤도 대칭성 등 복잡한 분자 특성이 강한 필드 터널링 전리 과정에 미치는 영향을 심층적으로 연구하여 터널링 시간 관련 문제에 대한 인식을 더한층 심화시킬 수 있다.

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