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(독)일본원자력연구개발기구는 기존보다도 한단위 이상 높은 휘도를 가진 양전자 빔 개발에 성공하였다. 이에 따라 과거에 휘도부족으로 곤란했던 표면나노물질원자의 입체적 배열을 정밀하게 결정할 수 있게 되었다. 이는 원자력기구첨단기초연구센터'고휘도 양전자 빔을 이용한 최표면 초구조의 동적과정 해명 그룹'의 연구성과이다. 물질표면에 형성되는 표면나노물질은 양자 도트나 양자 우물 등의 개발로 대표되는 반도체 산업에서 미래 첨단재료로서 기대받고 있는데, 표면나노물질의 성질을 이해하기 위해서는 제 1단계로서 원자 배열 파악이 절대적으로 필요하며, 이를 관측하는 현미기술개발은 중요한 요소가 되고 있다. 지금까지 원자력기구에서는 이를 위한 도구로서 고휘도 양전자 빔을 개발해 왔다. 전자의 반립자인 양전자는 전자와는 반대로 물질로부터 반발력을 받는 성질이 있어 양전자 빔은 물질내부로 진입하지 않고 표면에서 전부 반사되는 특성을 보인다. 이 특성을 이용하여 다른 방법으로는 어려운 표면나노물질 원자의 입체적인 배열을 정밀도 좋게 결정할 수 있다. 먼저, 양전자 빔 발생방식에서 빔 직경을 감소시키고 전자현미경과 유사한 빔 수렴원리를 이용하여 휘도를 기존보다도 한단위 향상시키는데 성공하였고, 이 양전자 빔을 원자배열을 모르는 실리콘상의 은초박막(두께 약 0.2nm)에 조사하여 그 전반사패턴을 해석한 결과, 원리적으로 가능한 천 이상의 조합 가운데 유일한 원자의 입체적인 배열을 결정하는데 성공하였다. 향후, 표면나노물질의 연구분야에서 구조해석법으로서 고휘도 양전자 빔의 공헌이 기대되며 본 성과는 표면과학의 국제지 Surface Science 9월호에 게재될 예정이다. * 양전자ㆍ양전자 빔 – 전자의 반립자이다. 전자와 반대 전하를 가지지만 질량이나 스핀 크기는 전자와 같다. 양전자와 전자가 결합하면 고에너지 감마선을 방출하고 소멸한다. 영국의 물리학자 P.A.M. Dirac가 상대론적 양자역학에서 논리적으로 예언한 후, 1934년에 스웨덴의 물리학자 C.D. Anderson에 의해 우주선관측에서 발견되었다. 전자의 반립자가 양전자인 것과 같이 모든 소립자에는 반립자가 존재하는데 반립자가 결합하여 생성된 물질을 반물질이라 하고,양전자의 에너지와 방향을 맞춰 광선상에 형성된 양전자를 양전자 빔이라 한다. * 표면나노물질 - 10억분의 1m 크기의 구조를 가진 물질을 나노물질이라고 하며 카본 나노튜브나 플라렌은 이의 대표적인 예이다. 또한, 원자가 1차원 또는 2차원적으로 결합한 나노와이어나 나노시트도 나노물질이라 불린다. 물질표면을 소지로 하여 만든 나노물질을 표면나노물질이라 하며 양자도트, 양자우물, 초박막 등이 이에 해당된다. * 빔 휘도 – 빔의 강도(전류)를 빔의 면적과 각도가 퍼진 정도로 나눈 것을 빔 휘도라 한다. 빔 강도가 같은 경우, 빔 면적과 각도가 퍼진 정도가 작을수록 빔 휘도는 높다. 나노물질의 구조를 원자수준으로 관측하기 위해서는 휘도가 높은 빔이 필요하다. |
