아토초 레이저 펄스에 대한 그녀의 비전을 발견한 노벨상 수상자 Anne L'Huillier와의 인터뷰

2023년 노벨 물리학상은 Anne L'Huillier와 그녀의 두 동료인 Pierre Agostini와 Ferenc Krausz에게 수여되었으며, 최근 Berthold Leibinger Stiftung은 핵물리학자에게 Berthold Leibinger Future Prize를 수여했습니다. 라이빙거 미래상. 독점 인터뷰에서 노벨 물리학상을 수상한 Anne L'Huillier가 아토초 레이저 펄스에 대한 연구에 대해 설명합니다.
Q: L'Huillier 교수님, 바비큐 파티에 참석했는데 누군가 당신에게 직업이 무엇인지 묻는다면 뭐라고 답하시겠습니까?
L'Huillier: 평소에는 주로 레이저물리학과 원자물리학 분야에서 일한다고 말하고 싶습니다. 우리 팀은 매우 짧은 펄스의 레이저 광으로 빛을 비출 수 있어 전자의 움직임과 같이 매우 빠르게 움직이는 일부 프로세스의 사진을 찍을 수 있습니다. 일반 카메라의 플래시 기능과 비슷하다고 생각하시면 됩니다.
Q: "아주아주 짧다"는 말은 ......?
L'Huillier: 단 몇 아토초 길이의 레이저 펄스입니다.
Q: 아토초에 대해 간략하게 설명해주실 수 있나요?
L'Huillier: 사실 설명하기가 매우 어렵습니다. 비유를 이해하는 것이 더 쉬울 것 같습니다. 1아토초는 1초에 대한 것이며, 1초는 우주의 전체 나이(140억 년)에 해당합니다. 하지만 이 설명이 아토초를 이해하는 데 실제로 도움이 될지는 잘 모르겠습니다.
Q: 글쎄요, 조금은 도움이 될 것 같아요.
L'Huillier: 우리는 사람이 이해할 수 있는 시간으로는 아토초를 인식할 수 없다는 습관적인 느낌을 항상 갖고 있을 것입니다. 그러나 다행스럽게도 수학적, 과학적 추상이론과 실험을 통해 이를 검증할 수 있으며, 이를 통해 1아토초= 10-18초라는 것을 알 수 있습니다. 게다가 아토초의 길이를 생각하는 것보다 더 흥미로운 질문은 왜 우리가 그렇게 작은 시간 규모를 원하는지입니다.
Q: 그렇다면 왜 아토초 길이의 펄스가 필요한가요?
L'Huillier: 자연의 특정 과정은 너무 빨라서 아토초 광 펄스의 도움을 통해서만 측정할 수 있기 때문입니다. 그 중 가장 중요한 것은 전자의 움직임입니다. 플래시가 빠를수록, 즉 광 펄스가 짧을수록 프로세스를 더 가까이서 관찰할 수 있습니다. 요즘 내 연구 그룹은 여전히 ​​원자 내부와 주변의 간단한 과정을 사진으로 찍는 데 중점을 두고 있습니다. 왜냐하면 이것이 달성하기 더 쉽기 때문입니다. 그러나 이 분야에서 더 발전할 수 있다면 분자와 같은 더 복잡한 시스템에서 전자의 움직임을 관찰할 수 있을 것입니다. 전자의 움직임은 화학반응을 일으킨다. 언젠가 우리는 이러한 초기 움직임을 측정할 수 있게 될 것입니다.
Q: 그러면 어쩌죠?
L'Huillier: 측정은 통제를 향한 첫 번째 단계입니다. 그래서 장기적으로 우리의 가장 큰 목표는 전자 수준에서 화학 반응을 제어할 수 있는 것입니다.
Q: 제어하고 어떤 용도로 사용하나요?
L'Huillier: 앞으로 어디에 쓰일지, 앞으로 어떻게 변할지 예측하기는 어렵지만 그건 기초적인 연구입니다.
스웨덴 룬드에 있는 Anne L'Huillier 교수 연구팀은 펨토초 레이저를 사용하여 고조파 빛의 펄스를 생성합니다. 그런 다음 이러한 펄스는 원자 프로세스를 시각화하기 위해 아토초 레이저 펄스를 생성하는 데 사용됩니다.
Q: 1987년 실험에서 당신은 아토초 펄스를 생성하기 위한 전제조건인 높은 고조파를 발견했습니다.
L'Huillier: 네, 정말 즐거운 우연이었죠. 당신을 놀라게 할 뭔가를 발견했을 때 그게 가장 좋은 방법이에요! 이는 무언가가 당신이 그것을 고치기를 기다리고 있다는 것을 의미합니다. 당시 우리가 정말 하고 싶었던 일은 강력한 레이저로 희가스에 충격을 가해 형광 효과를 연구하는 것이었습니다. 그 과정에서 관찰된 가장 강한 빛은 형광이 아니라 레이저 주파수의 고조파라는 사실이 밝혀졌습니다. 이 발견은 제 과학 경력을 바꿔 놓았습니다. 높은 고조파를 생성함으로써 아토초 펄스를 생성하는 것이 가능해졌습니다. 그것이 제가 지금도 하고 있는 일입니다.
Q: 고조파 생성에 대한 최소한의 정신적 그림을 형성하는 것이 가능합니까?
L'Huillier: 네! 나는 아토초와 우주의 나이보다 더 나은 비교를 가지고 있습니다. 바이올린의 현에 활을 통과시키면 순음(순음 주파수)뿐만 아니라 다른 주파수도 얻을 수 있습니다. 음악에서는 이러한 주파수를 배음(overtone)이라고 하며 음에 색상을 부여합니다. 배음은 고조파라고도 합니다. 특정 조건에서 가스를 펨토초 레이저 펄스에 노출시키면 비슷한 일이 발생하며, 이는 더 짧은 파장의 새로운 레이저 주파수를 생성합니다. 더 높은 고조파가 레이저 물리학의 배음이라고 말할 수 있습니다.
Q: 고조파 광 펄스는 무엇을 할 수 있나요?
L'Huillier: 아토초 펄스를 생성하는 데 사용할 수 있지만 그 자체로도 유용합니다. 우리는 현재 높은 고조파를 사용하여 반도체 미세 구조를 검사하기 위해 반도체 산업용 리소그래피 및 계측 장비 제조업체와 협력하고 있습니다. 이것은 나처럼 기초 연구를 하는 사람에게는 매우 실질적인 프로젝트입니다. 우리의 활동이 사회에 도움이 된다는 사실에 놀랍고 기쁩니다.
Anne L'Huillier 교수는 아토초 레이저의 물리학 확립을 도왔습니다. 이 작품은 곧 전자공학의 세계를 밝힐 것입니다.
Q: 당신의 연구가 레이저 기술 발전에도 기여했나요?
L'Huillier: 확실히 우리의 아토초 물리학 연구는 레이저 제조업체들이 지난 수십 년 동안 새롭고 더 나은 초단 펄스 레이저를 개발하도록 지속적으로 영감을 주었습니다. 물론 더 나은 빔 소스의 이점도 있습니다. 초기 레이저 소스가 좋을수록 더 높은 고조파가 아토초 펄스를 생성할 수 있습니다. 우리에게는 이것이 USP 레이저 기술 분야의 새로운 진단 및 측정 방법과 같은 추가적인 기술 발전으로 이어집니다. 즉, 우리는 계속해서 서로에게 영감을 줍니다. 하지만 이러한 유쾌한 부작용 외에도 내 작업에는 나에게 매우 중요한 또 다른 것이 있습니다.
Q: 그 밖에 당신에게 매우 중요한 것은 무엇입니까?
L'Huillier: 저는 연구원이기도 하지만 선생님이기도 해요. 그것은 내가 여러 명의 똑똑한 젊은이들을 가르치고 그들이 성장하고 경험을 풍부하게 하는 것을 지켜볼 수 있다는 것을 의미하며, 이것이 나의 가장 큰 공헌이라고 생각합니다.
Anne L'Huillier의 프로필
Anne L'Huillier는 1958년 파리에서 태어난 프랑스 물리학자이자 현재 룬드대학교 원자물리학 교수입니다. 그녀는 아토초 물리학 연구 분야를 확립하는 데 핵심 인물 중 한 사람이었으며 수많은 상을 받았습니다. 올해 초 그녀는 연구 업적으로 Berthold Leibinger Future Prize를 받았으며 불과 며칠 후 Pierre Agostini 및 Ferenc Krausz와 함께 2023년 노벨 물리학상을 수상했습니다.