KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 원자 속 전자의 '지하터널' 비밀 첫 공개

  • 구름많음창원30.6℃
  • 흐림서산26.5℃
  • 구름많음여수30.0℃
  • 흐림영천29.2℃
  • 흐림보은25.3℃
  • 흐림영주25.4℃
  • 흐림고창군26.7℃
  • 구름많음서귀포30.4℃
  • 흐림동해24.4℃
  • 구름많음북부산31.0℃
  • 흐림봉화24.3℃
  • 맑음성산30.6℃
  • 흐림상주26.7℃
  • 구름많음경주시29.3℃
  • 흐림서청주25.4℃
  • 구름많음순천28.4℃
  • 구름많음수원27.0℃
  • 구름많음동두천27.2℃
  • 흐림완도30.7℃
  • 흐림진주28.7℃
  • 흐림고산28.0℃
  • 흐림홍성26.7℃
  • 흐림남원29.0℃
  • 구름많음울산29.4℃
  • 구름많음홍천27.2℃
  • 구름많음보령27.1℃
  • 구름많음합천
  • 흐림태백23.3℃
  • 흐림광주29.0℃
  • 구름많음남해29.3℃
  • 흐림구미28.7℃
  • 흐림순창군28.0℃
  • 흐림대관령21.1℃
  • 흐림이천27.8℃
  • 구름많음양산시31.1℃
  • 흐림전주26.8℃
  • 구름많음진도군27.6℃
  • 맑음춘천28.5℃
  • 흐림흑산도26.4℃
  • 흐림강릉24.3℃
  • 구름많음양평26.4℃
  • 흐림원주26.3℃
  • 구름많음파주27.5℃
  • 구름많음고흥30.0℃
  • 흐림울진25.8℃
  • 흐림영덕24.9℃
  • 맑음제주31.3℃
  • 흐림금산25.5℃
  • 흐림해남29.2℃
  • 흐림목포28.0℃
  • 구름많음거제29.8℃
  • 맑음부산30.5℃
  • 구름많음의령군30.3℃
  • 흐림문경25.6℃
  • 구름많음함양군30.8℃
  • 맑음철원28.2℃
  • 흐림정읍26.2℃
  • 흐림충주25.7℃
  • 구름많음인제27.7℃
  • 구름많음밀양33.0℃
  • 구름많음서울28.4℃
  • 구름많음대전26.3℃
  • 흐림북강릉23.7℃
  • 흐림의성28.1℃
  • 구름많음속초24.3℃
  • 흐림장수26.8℃
  • 흐림천안25.9℃
  • 흐림청주27.2℃
  • 흐림고창27.2℃
  • 구름많음대구29.0℃
  • 구름많음북창원31.6℃
  • 흐림장흥28.9℃
  • 맑음강화26.8℃
  • 흐림울릉도25.3℃
  • 구름많음김해시30.2℃
  • 흐림영광군26.7℃
  • 흐림세종26.1℃
  • 구름많음광양시30.8℃
  • 흐림추풍령26.1℃
  • 흐림영월25.3℃
  • 흐림제천24.4℃
  • 구름많음산청29.5℃
  • 맑음북춘천27.3℃
  • 구름많음통영30.5℃
  • 흐림군산27.2℃
  • 맑음백령도22.9℃
  • 흐림부안26.8℃
  • 흐림임실26.3℃
  • 구름많음거창30.8℃
  • 구름많음포항28.1℃
  • 구름많음인천26.9℃
  • 흐림안동27.1℃
  • 흐림정선군23.8℃
  • 흐림청송군28.0℃
  • 흐림강진군30.0℃
  • 구름많음부여27.1℃
  • 구름많음보성군30.3℃

포스텍 연구팀, 원자 속 전자의 '지하터널' 비밀 첫 공개

장영태 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2025-07-15 09:07:45
연구팀, 터널링 과정 중 숨겨진 동역학 현상 규명

포스텍은 물리학과 김동언 교수 연구팀이 양자 역학의 핵심인 '전자 터널링' 과정의 수수께끼를 처음 밝혀냈다고 15일 밝혔다.

 

▲ 포스텍 물리학과 김동언 교수. [포스텍 제공]

 

이번 연구는 국제 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'에 게재됐으며, 100년 넘게 미스터리로 남아있던 '전자 터널링'의 비밀을 여는 열쇠가 될 것으로 주목받고 있다. 

 

벽을 뚫고 순간 이동하는 것은 원자 세계에서는 실제로 일어나며 '양자 터널링'이라 불린다. 이 현상은 전자가 자신이 가진 에너지로는 절대 넘을 수 없을 것 같은 에너지 장벽을 마치 터널을 파고 지나가듯 통과한다. 

 

이 현상은 스마트폰과 컴퓨터 핵심 부품인 반도체가 작동하는 원리이자, 태양이 빛과 에너지를 내는 핵융합에도 필요한 과정이다. 그러나 지금까지는 전자가 터널을 통과하기 전과 후에는 어떤 일이 일어나는지 어느 정도 밝혀졌지만, '터널을 지나가는 순간' 전자가 정확히 어떤 움직임을 보이는지는 명확히 밝혀진 바가 없었다. 터널 입구와 출구는 알고 있지만, 안에서 무슨 일이 일어나는지는 전혀 알 수 없었던 셈이다. 

 

▲ 전자가 레이저에 의해 원자 속 장벽을 통과하며 이동 경로와 에너지를 나타낸 시공간 분포. [포스텍 제공]

 

연구팀은 강한 레이저를 원자에 쏘아 전자를 터널링하는 실험을 진행했다. 그 결과 전자가 단순히 벽을 통과하기만 하는 것이 아니라 터널 안에서 원자핵과 다시 부딪히는 놀라운 현상을 발견했다. 연구팀은 이 과정을 '터널링 장벽 내 재충돌(UBR)'이라고 이름을 붙였다. 

 

여태껏 전자가 터널에서 빠져나온 후에야 원자핵과 다시 상호작용할 수 있다고 알려져 있었는데, 터널 안에서도 이런 상호작용이 일어날 수 있다는 사실이 처음으로 확인된 것이다.

 

더 흥미로운 점은 이 과정에서 전자가 터널 안에서 에너지를 얻으며 원자핵과 재충돌하게 되어, '프리먼 공명'을 강화시키게 된다. 이는 기존에 알려진 일반적인 이온화보다 훨씬 큰 이온화로 나타났고, 이온화 크기는 레이저의 세기를 바꿔도 거의 영향을 받지 않았다. 이는 기존에 알려진 이론으로 예측할 수 없었던 완전히 새로운 발견이다.

 

이번 연구는 전자가 터널링하는 과정에서 어떤 움직임을 보이는지를 세계 최초로 규명했다는 점에서 의미가 크다. 이는 터널링을 기반으로 하는 반도체나 양자컴퓨터, 초고속 레이저 같은 첨단 기술에서 전자의 움직임을 더 정밀하게 제어하고 효율을 높이는 데 중요한 과학적 토대가 될 것으로 기대된다.

 

김 교수는 "이번 연구를 통해 전자가 원자의 벽을 통과할 때, 그 안에서 어떤 행동을 하는지 실마리를 찾을 수 있었다"며 "이제야 비로소 터널링을 더 깊이 이해하고, 원하는 대로 제어할 수 있는 길이 열렸다"고 말했다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]