[랩큐멘터리]아주 짧은 시간 누구도 본적 없는 현상 포착

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포스텍 초고속 회절 및 이미징 연구실

영화를 보다가 멋지게 웃는 배우의 모습을 캡처하면 간혹 우스꽝스러운 표정이 포착된다. 이처럼 어떤 현상을 아주 짧은 시간으로 나눠 살펴보면 평소에 볼 수 없던 현상을 관찰할 수 있다.

송창용 포스텍 물리학과 교수가 이끄는 ‘초고속 회절 및 이미징 연구실’에서는 포스텍 내 포항가속기연구소에 설치된 ‘4세대 가속기’를 이용해 금 나노 입자가 빠르게 녹거나 물질의 상이 변하는 과정에서 아주 짧은 시간 동안 어떤 현상이 일어나는지를 연구하고 있다. 4세대 가속기는 흉부 x선 촬영 때 쓰이는 빛보다 약 10억 배 밝은 빛을 발생시켜 분자 세계에서 펨토초(1000조분의 1초) 동안 일어나는 장면을 포착하는 첨단 기기다.

송창용 포스텍 물리학과 교수

최근 초고속 회절 및 이미징 연구실에서 발견한 흥미로운 현상 중 하나는 ‘역 상변화’ 현상이다. 물질이 고체에서 액체로 상이 변할 때는 표면이 녹아 동그래진 후 퍼지다가 형태를 잃는 과정을 거친다. 그런데 고체를 빠르게 녹이면서 짧은 순간에 일어나는 현상을 살펴보면 퍼지기 전 형태를 다시 갖추는 ‘역 상변화’ 현상이 일어난다. 4세대 가속기로만 관찰할 수 있는 현상으로, 이 연구를 접한 학자들은 대부분 ‘이런 현상이 가능한가’라며 처음 보는 현상에 감탄한다.

4세대 가속기로 관찰한 현상의 사진을 포착하는 기법도 관심 있는 연구 분야다. 연구실에서 개발한 ‘단일펄스 시분해 이미징 실험 기법’은 물질이 변하는 전체 과정을 연속적인 사진으로 촬영하는 기법이다. 시료를 조작하고 복구하기를 반복하며 사진을 찍는 기존 방법과 다르게 같은 조건의 시료 몇만 개를 동시에 조작해 필요한 사진을 선별한다. 시료를 복구할 필요가 없어 조작의 강도를 제한할 필요가 없고, 시료가 이전 상태 그대로 복구되지 않을 수 있는 단점을 극복할 수 있다.

연구실은 금 나노 입자가 빠르게 녹거나 물질의 상이 변하는 과정에서 아주 짧은 시간 동안 어떤 현상이 일어나는지 연구하고 있다.

분자 세계에서 새로운 현상을 찾아 헤매듯 초고속 회절 및 이미징 연구실의 모토는 ‘내가 잘 할 수 있는 분야를 스스로 찾고 개척하는 것’이다. 주변 평가에 상관없이 자기 분야를 묵묵히 개척해 위대한 업적을 이룬 학자들의 발자취를 좇았으면 하는 마음에서다. 더불어 수평적인 관계를 유지하고 서로의 유대를 쌓도록 권장한다. 카페처럼 편하게 대화할 수 있는 연구실 분위기를 조성한 이유다.

포스텍 '초고속 회절 및 이미징' 연구실 보러가기 https://youtu.be/35VPpsKXSlI

※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다. 오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다. 연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다. 동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 화요일과 목요일 소개합니다.