양자 터널 안에서 일어난 충돌…전자의 숨겨진 움직임 첫 규명



전자가 레이저에 의해 원자 속 장벽을 통과하며 이동 경로와 에너지를 표현한 시공간 분포 그래픽. 포스텍 제공

국내 연구진이 영자 역학의 핵심인 ‘전자 터널링’ 과정의 수수께끼를 최초로 밝혀내고 실험으로 증명했다. 반도체, 양자컴퓨팅 등 차세대 기술의 근간이 되는 양자 터널링 현상을 정밀하게 제어할 수 있는 과학적 토대를 마련할 것으로 기대된다.

포스텍은 김동연 물리학과 교수 연구팀이 양자 역학의 핵심인 전자 터널링 과정의 수수께끼를 최초로 밝혀내고 실험으로 증명했다고 15일 밝혔다. 

김동연 교수 연구팀과 C. H. 케이텔 독일 막스플랑크 양자광학연구소 교수 공동연구팀은 강한 레이저를 원자에 조사해 전자의 양자 터널링을 유도했다. 그 결과 전자가 터널 안에서 원자핵과 다시 충돌하는 현상을 최초로 관측했다. 연구진은 이 과정을 ‘터널링 장벽 내 재충돌(UBR)’이라고 이름붙였다.

양자 터널링은 전자가 자신이 가진 에너지로는 절대 넘을 수 없는 에너지 장벽을 마치 벽을 통과하듯 지나가는 양자역학적 현상이다. 반도체 작동 원리와 태양의 핵융합 반응 등 다양한 자연현상과 기술에 핵심 역할을 해왔다. 터널링하는 ‘순간’ 동안에 어떤 일이 벌어지는지는 그간 이론적으로만 존재했으며 실험적으로 증명된 적은 없다.



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