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

  • 맑음광주28.9℃
  • 구름많음양평26.7℃
  • 구름많음홍천26.3℃
  • 맑음울산26.4℃
  • 맑음광양시28.4℃
  • 맑음고흥25.8℃
  • 맑음봉화24.8℃
  • 맑음목포29.1℃
  • 맑음강진군28.5℃
  • 맑음함양군26.0℃
  • 맑음완도26.5℃
  • 맑음흑산도23.8℃
  • 맑음서울29.3℃
  • 맑음창원28.0℃
  • 구름많음고산27.8℃
  • 맑음부여28.1℃
  • 흐림강릉29.5℃
  • 구름많음제주29.3℃
  • 흐림북강릉29.2℃
  • 구름많음수원28.5℃
  • 구름많음철원25.2℃
  • 구름많음정선군24.4℃
  • 맑음동두천26.1℃
  • 맑음북창원29.9℃
  • 맑음의령군27.1℃
  • 맑음김해시28.4℃
  • 맑음구미31.4℃
  • 박무백령도22.8℃
  • 맑음고창28.7℃
  • 맑음대전29.7℃
  • 맑음산청27.6℃
  • 흐림속초25.6℃
  • 맑음남원28.8℃
  • 구름많음동해26.3℃
  • 맑음영천31.3℃
  • 구름많음대관령23.6℃
  • 맑음금산28.4℃
  • 맑음여수29.1℃
  • 구름많음강화25.0℃
  • 구름많음태백25.4℃
  • 구름많음울릉도27.2℃
  • 구름많음인제25.0℃
  • 맑음정읍29.9℃
  • 맑음전주30.4℃
  • 맑음남해26.3℃
  • 맑음추풍령26.0℃
  • 구름많음인천28.5℃
  • 맑음홍성28.7℃
  • 맑음고창군28.7℃
  • 구름많음북춘천26.6℃
  • 맑음천안27.2℃
  • 맑음영광군28.7℃
  • 구름많음서귀포28.0℃
  • 맑음임실26.7℃
  • 맑음안동27.3℃
  • 구름많음제천24.7℃
  • 맑음경주시28.8℃
  • 맑음영덕24.9℃
  • 구름많음파주25.5℃
  • 맑음세종28.5℃
  • 맑음의성27.7℃
  • 맑음순창군28.6℃
  • 맑음진도군28.8℃
  • 맑음보성군27.1℃
  • 맑음합천27.8℃
  • 구름많음이천27.2℃
  • 맑음장흥27.8℃
  • 맑음부안29.4℃
  • 맑음양산시29.6℃
  • 맑음진주26.4℃
  • 흐림춘천26.7℃
  • 맑음영주26.0℃
  • 맑음거제27.1℃
  • 맑음해남27.9℃
  • 맑음청송군26.7℃
  • 맑음밀양29.1℃
  • 맑음장수24.2℃
  • 맑음포항31.7℃
  • 맑음문경26.2℃
  • 구름많음성산26.4℃
  • 맑음서청주28.0℃
  • 맑음보령27.9℃
  • 맑음충주27.2℃
  • 맑음거창26.2℃
  • 맑음서산27.8℃
  • 구름많음원주28.0℃
  • 맑음부산28.1℃
  • 맑음상주27.7℃
  • 맑음울진25.8℃
  • 맑음통영27.0℃
  • 맑음북부산29.2℃
  • 맑음청주32.2℃
  • 맑음보은26.9℃
  • 구름많음영월25.8℃
  • 맑음대구31.4℃
  • 맑음순천24.2℃
  • 맑음군산29.6℃

포스텍 연구팀, 원자 속 전자의 '지하터널' 비밀 첫 공개

장영태 기자
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]