전기적 나노 소용돌이, 새로운 음향파 만든다

'나노 파동 변환기' 원리 규명

[포항=뉴시스] = 4세대 가속기(XFEL) 실험에 대한 schematics, 초고속 레이저가 SrRuO3(루테륨산 스트론튬) 층에 흡수돼 시료 내부로 acoustic pulse를 전달하게 됨. 이후 XFEL 펄스를 이용해 시료의 변화 관측함. (사진=포항가속기연구소 제공) 2026.06.18. [email protected]

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포항가속기연구소는 김국태 연구원이 참여한 국제 공동 연구팀이 전기적 나노 소용돌이 구조가 초고속 나노 음향파를 만드는 새로운 원리를 규명했다고 18일 밝혔다.

이 연구 결과는 물리학 분야 세계적 권위의 학술지 ‘네이처  피직스’에 지난 17일 온라인으로 실렸다.

이번 연구는 숭실대 이동렬·박세영 교수, 미국 캘리포니아대 버클리 R. 라메시 교수가 공동 교신저자로 연구를 주도했으며, 김국태 연구원이 제 1저자로 참여했다.

연구팀은 금속 박막에 초고속 레이저를 조사해 순간적인 충격파를 만들고, 포항가속기연구소의 4세대 선형 방사광가속기(PAL-XFEL)를 이용해 이 충격파가 물질 내부에서 어떻게 변화하는지 실시간으로 관찰했다.

그 결과 연구팀은 분극 소용돌이 구조가 단순히 파동을 전달하는 역할에 그치지 않고, 외부에서 전달된 충격파를 새로운 형태의 나노 음향파로 변환한다는 사실을 세계 최초로 확인했다.

또 생성하는 음향파의 형태가 나노 구조의 배열에 따라 달라질 수 있다는 점도 밝혀내 원하는 형태의 음향파를 설계하고 제어할 수 있음을 보여주는 중요한 결과다.

[포항=뉴시스] = 초박막 내부 PbTiO3 층에 형성된 전기 분극 소용돌이와 그 외의 층에 존재하는 나노 음향파. (사진=포항가속기연구소 제공) 2026.06.18. [email protected]

이는 가까운 미래에 양자 정보를 원하는 방향으로 전달하는 새로운 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

또 이번 성과는 양자컴퓨터·양자통신·초고속 정보처리 장치 등 차세대 기술의 기반 연구로 이어질 가능성이 크다. 
 
PAL-XFEL은 매우 강력한 X-선을 극히 짧은 시간 발생하는 세계 최고 수준의 연구 시설이다.

연구팀은 PAL-XFEL이 제공하는 초고속 X-선 펄스를 활용해 강유전체 산화물 초박막 내부에서 일어나는 변화를 피코초(1조분의 1초) 단위로 추적했다.

[포항=뉴시스] = 포항가속기연구소 전경. (사진=포항가속기연구소 제공) 2026.06.18. [email protected]

이번 성과는 세계적 수준의 성능을 가진 PAL-XFEL이 아니었다면 관찰하기 어려웠던 초고속 현상을 직접 규명한 대표적인 사례다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 대학중점연구소지원사업인 숭실대 기초과학융합연구소의 지원을 받아 수행했다.


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