Ãʰí¼Ó ¿µ»ó ¹× Å×¶óÇ츣Ã÷(THz) ÆÞ½º ±â¹Ý ÅäÆú·ÎÁö »óÅ Á¦¾î
¾çÀÚ ¹°Áú Á¦¾îÀÇ °æ°è¸¦ ³Ñ¾î¼´Ù
¼ö½Ê ³â µ¿¾È ¹°Áú »óÅ Á¦¾î´Â ¿Âµµ, ¾Ð·Â ¶Ç´Â ÈÇÐÀû º¯Çü¿¡ ÀÇÁ¸ÇØ ¿Ô´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ¹æ¹ýµéÀº ´À¸®°í, ±Ø´ÜÀûÀ̸ç, ´ëºÎºÐ ºñ°¡¿ªÀûÀ̾ú´Ù. ±×·¯³ª Ãʰí¼Ó ·¹ÀÌÀú ºÐ±¤ÇÐÀÇ µîÀåÀ¸·Î ±¤ÇÐÀû Á¦¾î ÇÏ¿¡ ¾çÀÚ »óÀ» Á¶À²ÇÏ´Â ºñÀüÀÌ Á¦½ÃµÇ¾ú´Ù. ÃÖ±Ù ½´ÆÛ¼Ò´Ð Á¤¹Ð ÁÖ»ç Åͳθµ Çö¹Ì°æ(Scanning Tunneling Microscope, STM) ÆÁÀ» ÅëÇØ ´ÜÀÏ »çÀÌŬ Å×¶óÇ츣Ã÷(THz) ÆÞ½º¸¦ ´ÜÃþ ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵å(WTe©ü)¿¡ Áý¼ÓÇÏ¿© ¿øÀÚ ¼öÁØ(¾à 7pm Á¤¹Ðµµ)¿¡¼ ¹°ÁúÀÇ 'ÅäÆú·ÎÁö »óÅÂ'¸¦ ÀüȯÇÏ´Â ¿¬±¸´Â Áß¿äÇÑ ÀÌÁ¤Ç¥°¡ µÈ´Ù.
¿©±â¼ ÅäÆú·ÎÁö »óŶõ ¹°Áú ³» ÀüÀÚÀÇ ¿òÁ÷ÀÓÀÌ ¿ÜºÎ ȯ°æ º¯È(¿Âµµ, ¾Ð·Â, °áÇÔ µî)¿¡µµ ½±°Ô ±úÁöÁö ¾Ê´Â '¾ÈÁ¤ÀûÀÎ ÀüÀÚÀû ¼ºÁú'À» ¶æÇÑ´Ù. ÀÌ´Â ¹°ÁúÀÇ °áÁ¤ ±¸Á¶¿Í ÀüÀÚÀÇ »óÈ£ÀÛ¿ëÀ¸·Î »ý±â´Â °íÀ¯ÇÑ ¾çÀÚÀû Ư¼ºÀ¸·Î, ÀüÀÚ È帧ÀÇ »õ·Î¿î °æ·Î¸¦ ¸¸µé°Å³ª ƯÁ¤ ÀüÀÚ »óŸ¦ À¯ÁöÇÏ´Â µ¥ Ȱ¿ëµÈ´Ù. Áï, ¿ÜºÎ ±³¶õ¿¡µµ Àß º¸Á¸µÇ´Â ¡®¾çÀÚÀû º¸È£ »óÅ¡¯¶ó°í ÀÌÇØÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù.
À̹ø ¿¬±¸´Â Ãʰí¼Ó ±¤Çаú ¿øÀÚ ¼öÁØ °ø°£ ºÐÇØ´ÉÀ» °áÇÕÇÏ¿© ½Ç½Ã°£ ÀüÀÚ »ó(phase) Á¦¾î¸¦ °¡´ÉÄÉ Çϸç, ±âÁ¸ ¹æ¹ýÀ¸·Î´Â »ó»óÇÒ ¼ö ¾ø¾ú´ø °¡´É¼ºÀ» ¿¾îÁÖ°í ÀÖ´Ù.
Å×¶óÇ츣Ã÷‑STM ½ÇÇè ÀåÄ¡ ±¸¼º
À̹ø ¿¬±¸´Â ÃֽŠÁÖ»ç Åͳθµ Çö¹Ì°æ ½Ã½ºÅÛ°ú Ãʰí¼Ó Å×¶óÇ츣Ã÷ ±¤¿ø(single-cycle pulse)À» ÅëÇÕÇÏ¿© ³ª³ë¹ÌÅÍ ½ºÄÉÀÏÀÇ STM ÆÁ-½Ã·á Á¢Çպο¡ Á÷Á¢ Àü´ÞÇÏ´Â ±¸Á¶·Î ¼³°èµÇ¾ú´Ù. STM ÆÁÀº ±ÙÁ¢Àå ¾ÈÅ׳ª ¿ªÇÒÀ» Çϸç ÀÚÀ¯ °ø°£ÀÇ Å×¶óÇ츣Ã÷ Àü±âÀå(¾à 20 V/cm)À» Á¢Çպο¡¼ ¾à 1 V/nm ¼öÁØÀ¸·Î ÁõÆø½ÃŲ´Ù. ¿¬±¸ÁøÀº Ãʰí¼Ó ·¹ÀÌÀú¿Í Å×¶óÇ츣Ã÷ ¹ß»ýÀ» µ¿±âÈÇÏ¿© <200 fsÀÇ ÆÞ½º ÆøÀ» ´Þ¼ºÇßÀ¸¸ç, ½Ã°£ ¿µ¿ª ºÐ±¤¹ýÀ¸·Î 0.26, 0.60, 2.24 Å×¶óÇ츣Ã÷ µî ƯÁ¤ Á֯ļö ´ë¿ª¿¡¼ ¹°ÁúÀÇ Ãʰí¼Ó À¯Àü ÀÀ´äÀ» ÃøÁ¤ÇÏ¿´´Ù.
ÆÁ-Áõ° ½ÅÈ£ ´öºÐ¿¡ ÇÑ »çÀÌŬ ÀÌÇÏÀÇ ½Ã°£ ÇØ»óµµ·Î Àü·ù º¯È¸¦ ½º³À¼¦À¸·Î ĸóÇÒ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, À̸¦ ÅëÇØ ½Ç½Ã°£ ÀüÀÚ µ¿¿ªÇÐÀ» ÃßÀûÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌ ÀåÄ¡´Â ¶ÇÇÑ ±ØÀú¿Â »óÅ¿¡¼ ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵åÀÇ °áÁ¤ »óŸ¦ °¡¿ªÀûÀ¸·Î ÀüȯÇϸ鼵µ STM À̹ÌÁö¸¦ ¿øÀÚ ÇØ»óµµ·Î Á¦°øÇÑ´Ù.
¿øÀÚ ¼öÁØÀÇ ÅäÆú·ÎÁö »óÅ Àüȯ
ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵å´Â ÀüÀÌ±Ý¼Ó µðÄ®ÄÚ°Ô³ªÀÌµå ´ÜÃþ ¹°Áú·Î, ±¤¿¡ ÀÇÇØ ±Ý¼Ó¼º ¶Ç´Â ºñÁ¤»óÀû »óÅ¿¡¼ ¾çÀÚ ½ºÇÉ È¦ »óÀ¸·Î ÀüÀÌÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. À̹ø ¿¬±¸¿¡¼´Â STM ÆÁÀ» ÅëÇÑ ´ÜÀÏ »çÀÌŬ Å×¶óÇ츣Ã÷ ÆÞ½º¸¦ ÁýÁß½ÃÄÑ ¿øÀÚ ¼öÁØ(¾à 7 ¡¾ 3 pm)¿¡¼ ÅäÆú·ÎÁö »óŸ¦ °¡¿ªÀûÀ¸·Î ÀüȯÇÏ´Â µ¥ ¼º°øÇß´Ù. ÀÌ´Â ¸íÈ®ÇÑ À§»ó Àüȯ Ư¼ºÀ¸·Î ³ªÅ¸³µÀ¸¸ç, STM Àü·ù ÃøÁ¤À» ÅëÇØ ±¹¼ÒÀûÀÎ ÀüÀÚ »óÅ ¹Ðµµ º¯È¸¦ È®ÀÎÇÏ¿´´Ù. ÀÌ ÀüȯÀº ´ÜÀÏ Å×¶óÇ츣Ã÷ ÆÞ½º »çÀÌŬ ³»¿¡¼ ¹ß»ýÇϸç, ¾çÀÚ »óÀ» Ãʰí¼ÓÀ¸·Î Á¦¾îÇÏ´Â °ÍÀÌ °¡´ÉÇÔÀ» ÀÔÁõÇÏ¿´´Ù. ÀÌ´Â ±¤¿¡ ÀÇÇØ À¯µµµÇ´Â ´ëμº ÀüȯÀ̶ó´Â ±âÁ¸ ÀÌ·ÐÀ» ½ÇÇèÀûÀ¸·Î °ËÁõÇÑ °ÍÀ¸·Î, ¾çÀÚ »óÅ Á¦¾îÀÇ »õ·Î¿î ÆÐ·¯´ÙÀÓÀ» Á¦½ÃÇÑ´Ù.
¼ºê³ª³ë¹ÌÅÍ, ¼ºêÇÇÄÚÃÊÀÇ ¾çÀÚ Áöµµ ±¸Çö
´Ü¼øÇÑ »óÅ ÀüȯÀ» ³Ñ¾î Å×¶óÇ츣Ã÷‑STMÀº ¹°ÁúÀÇ µ¿Àû ¹ÝÀÀÀ» ½Ã°ø°£ ¾çÀÚ Áöµµ(quantum landscape)·Î ½Ã°¢ÈÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ¿¬±¸ÁøÀº ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵åÀÇ °áÇÔ ºÎÀ§¿¡¼ Å×¶óÇ츣Ã÷-Áõ° ÆÄÇüÀ» ¼öÁýÇÏ¿© ¼ºê³ª³ë¹ÌÅÍ °ø°£ ÇØ»óµµ¿Í ´ÜÀÏ »çÀÌŬ ÀÌÇÏ ½Ã°£ ÇØ»óµµ·Î µ¿Àû Ư¼ºÀ» °üÂûÇÏ¿´´Ù. ½Ã°£ ¿µ¿ª µ¥ÀÌÅ͸¦ Ǫ¸®¿¡ º¯È¯ÇÏ¸é ´ÙÁß Å×¶óÇ츣Ã÷ ´ë¿ª¿¡¼ÀÇ À½Çâ °ø¸í ¹× ÇöóÁî¸ó ±ÙÁ¢Àå »óÈ£ÀÛ¿ë Á¤º¸¸¦ µµÃâÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. À̸¦ ÅëÇØ ½Ç½Ã°£ µ¿Àû ÇÊµå ¹× »õ·Î¿î ¾çÀÚ »óÅÂÀÇ °ø°£Àû º¯È¸¦ ½Ã°¢ÀûÀ¸·Î ¸ÅÇÎÇÒ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, ÀåÄ¡´Â ½Ã·áÀÇ ±¸Á¶Àû º¯È¿Í µ¿Àû ÀÀ´äÀ» Çǵå¹é ·çÇÁ ÇüÅ·ΠÃßÀûÇÏ°Ô µÈ´Ù.
Â÷¼¼´ë ³ª³ëÀüÀÚ ÀåÄ¡ÀÇ ÀÌÁ¤Ç¥
ºû¸¸À¸·Î ¹°ÁúÀÇ °áÁ¤ ±¸Á¶¿Í ÀüÀÚ ÅäÆú·ÎÁö¸¦ Á¦¾îÇÏ´Â °ÍÀº ±âÁ¸ ¹°¸®ÇÐÀ» ¶Ù¾î³Ñ´Â ÆÐ·¯´ÙÀÓÀÇ º¯È´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ºñÁ¢ÃË½Ä Ãʰí¼Ó Á¦¾î´Â ¾çÀÚ ½ºÀ§Ä¡, ÅäÆú·ÎÁö ¸Þ¸ð¸®, ÃÊÀúÀü·Â ¾çÀÚ ³í¸® °ÔÀÌÆ® °³¹ß·Î À̾îÁú °ÍÀÌ´Ù. ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵忡¼ ÀÔÁõµÈ ¿øÀÚ ¼öÁØÀÇ Á¤¹Ð¼º°ú Ãʰí¼Ó Á¦¾î´Â ±âÁ¸ ÀüÀÚ ÀåÄ¡¸¦ ³Ñ¾î, ÃÖ¼Ò ¿¡³ÊÁö ¼Õ½Ç·Î µ¿ÀÛÇÏ´Â ¿øÀÚ Å©±â Á¢Çպθ¦ ±¸ÇöÇÏ´Â µ¥ ±â¿©ÇÒ °ÍÀÌ´Ù. ¶ÇÇÑ ÀÌ´Â ¿ÍÀÏ ¹Ý±Ý¼Ó, °À¯Àüü, ÃÊÀüµµÃ¼, ÀÚ¼ºÃ¼ µî ´Ù¾çÇÑ ¾çÀÚ ¹°Áú¿¡ ÀÀ¿ëµÉ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, ¾çÀÚ ³ª³ëÀüÀÚ°øÇаú ¾çÀÚÁ¤º¸ ½Ã½ºÅÛ °³¹ß¿¡ Æø³ÐÀº °¡´É¼ºÀ» ¿¾îÁÙ °ÍÀÌ´Ù.
µµÀü °úÁ¦¿Í ½Ç¿ëȸ¦ ÇâÇÑ Àü·«
Å×¶óÇ츣Ã÷‑STM ±â¼úÀº ÇöÀç±îÁö´Â ÃʰíÁø°ø(UHV)°ú ±ØÀú¿Â ȯ°æ¿¡¼¸¸ ½ÇÇèÀÌ °¡´ÉÇÏ´Ù. À̸¦ »ó¿ë ¼ÒÀÚ¿¡ ÅëÇÕÇϱâ À§Çؼ´Â ¿ÂĨ Å×¶óÇ츣Ã÷ ±â¼ú °³¹ß, MHz ÀÌ»óÀÇ ¹Ýº¹·ü Çâ»ó, À§»ó ¾ÈÁ¤È, Àå±â µ¿ÀÛ ¾ÈÁ¤¼º °ËÁõÀÌ ÇÊ¿äÇÏ´Ù. ¿ °ü¸®, ÆÐŰ¡ ±â¼ú, ÁÖº¯ ȯ°æ ¾ÈÁ¤¼º ¹®Á¦µµ ÇØ°áÇØ¾ß ÇÑ´Ù. ±×·¯³ª Ãʰí¼Ó ´ëμº Àüȯ À̷аú À̹ø ½ÇÇè¿¡¼ Á¦½ÃµÈ ¼º´É ÁöÇ¥´Â ÀÌ·¯ÇÑ Á¦¾î ¿ø¸®¸¦ ½Ç¸®ÄÜ È¸·Î³ª ¾çÀÚ ¼¾¼ Ç÷§ÆûÀ¸·Î ÀÌÀüÇÒ ¼ö ÀÖ´Â °¡´É¼ºÀ» ÀÔÁõÇϰí ÀÖÀ¸¸ç, ÇâÈÄ 5\~10³â ³» »ó¿ëȰ¡ ÀÌ·ç¾îÁú °ÍÀÌ´Ù.
ºûÀ¸·Î Á¦¾îÇÏ´Â ¾çÀÚ ¹°Áú ½Ã´ëÀÇ µµ·¡
´ÜÃþ ÅÖ½ºÅÙ µðÅÚ·ç¶óÀ̵忡¼ ÀÔÁõµÈ Å×¶óÇ츣Ã÷ ÆÞ½º ±â¹Ý ¿øÀÚ ¼öÁØ ÅäÆú·ÎÁö »óÅ ÀüȯÀº »õ·Î¿î ±â¼úÀû ÁöÆòÀ» ¿¾ú´Ù. ÀÌ´Â ´Ü¼ø ÃøÁ¤ÀÌ ¾Æ´Ï¶ó ºûÀ¸·Î ¹°ÁúÀÇ ±Ùº»Àû ¾çÀÚ »óŸ¦ Á¦¾îÇÏ´Â ±â¼ú·Î¼, ±âÁ¸ÀÇ Á¤ÀûÀÎ ¹°Áú °³³äÀ» ³Ñ¾î ¡®µ¿ÀûÀÌ°í °¡¿ªÀûÀÎ »óÅ Á¦¾î¡¯°¡ °¡´ÉÇÔÀ» º¸¿©ÁØ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ±â¼úÀº ÇâÈÄ, ºûÀÇ ÆÄÇü ¸¸À¸·Î ÅäÆú·ÎÁöÀû Áú¼¸¦ Á¦¾îÇϰí, ½Ç¿Â¿¡¼µµ ¿øÀÚ ÇØ»óµµ·Î Ãʰí¼Ó ÀüȯÀ» ±¸ÇöÇÏ´Â »õ·Î¿î ¾çÀÚ ¿øÃµ ±â¼ú·Î ¹ßÀüÇÒ °ÍÀÌ´Ù.
* Reference
arXiv, November 12, 2024, ¡°Terahertz control of surface topology probed with subatomic resolution,¡± Vedran Jelić et al.