L’Huillier 교수님, 바베큐 파티에서 누군가 직업이 무엇인지 묻는다면 무엇이라고 대답하십니까?
L’Huillier: 저는 그러한 상황에 대해 매우 만족스러운 답을 찾았습니다. 저는 레이저 물리학과 원자 물리학 사이의 경계면에서 일하고 있다고 말합니다. 우리 팀은 카메라 플래시처럼 매우 매우 짧은 레이저 펄스를 사용합니다. 우리는 이를 사용해 전자와 같은 매우 빠른 움직임을 촬영합니다.
매우 매우 짧은 레이저 펄스란 … ?
L’Huillier: 몇 아토초 길이의 펄스입니다.
아토초를 어떻게 상상할 수 있습니까?
L’Huillier: 전혀 상상할 수 없습니다. 시간의 짧음을 설명하려는 다양한 시도가 있습니다. 제가 가끔 사용하는 비교는 다음과 같습니다. 1아토초가 1초에 해당한다고 보고. 마치 1초가 우주 전체 나이, 즉 140억 년에 해당하는 것과 같습니다. 하지만 이게 정말 도움이 됩니까? 저는 이에 대해 회의적입니다. 교수님에게는 도움이 됩니까?
글쎄요, 어쩌면 조금.
L’Huillier: 우리는 인간의 시간 감각으로는 이를 이해할 수 없다는 점을 확인하면 됩니다. 다행히도 우리는 이에 전혀 의존할 필요가 없습니다. 수학과 이론의 추상적인 방법과 실제적인 실험이 있기 때문입니다. 1아토초는 단순히 10-18 초 길이입니다. 아토초 길이를 생각하는 것보다 훨씬 더 흥미로운 것은 애초에 우리가 왜 그렇게 짧은 시간 규모로 가고 싶어하는지에 대한 질문입니다.
그렇다면. 아토초 펄스가 필요한 이유는 무엇입니까?
L’Huillier: 자연에는 아토초 광펄스로만 측정할 수 있는 매우 빠르게 진행되는 과정이 있습니다. 가장 중요한 것은 전자의 움직임입니다. 플래시광, 즉 펄스가 짧을수록 과정을 더 자세히 관찰할 수 있습니다. 저의 연구그룹은 현재 원자 내부와 그 주변의 과정을 주로 기록합니다. 그게 더 쉽기 때문입니다. 조금 더 나아지면 분자와 같은 더 복잡한 시스템에서 전자의 움직임을 관찰하는 것이 가능할 것입니다. 전자가 움직이면서 화학 반응이 일어납니다. 이러한 초기 움직임은 언젠가는 측정 가능해질 것입니다.
그런 다음?
L’Huillier: 무엇인가를 측정할 수 있다는 것은 무엇가를 컨트롤할 수 있는 첫 번째 단계입니다. 가장 큰 장기 목표는 결국 전자 수준에서 화학 반응을 컨트롤하는 것입니다.
이를 통해 무엇이 가능해집니까?
L’Huillier: 잘 정의된 비전을 제시하는 것은 어렵습니다. 단지 기초적인 연구입니다.
Anne L’Huillier 교수는 이전에 아토초 레이저 펄스의 물리학에 대한 문을 열었습니다. 그녀의 연구를 통해 그녀는 이제 전자에 더 가까워지고 있습니다.
스웨덴 룬드의 연구팀은 펨토초 레이저 펄스를 사용하여 소위 고조파를 생성합니다. 그들은 이를 사용하여 아토초 레이저 펄스를 생성하고, 그 결과로 원자 과정을 관찰합니다.
1987년 한 실험에서 소위 고조파를 생성하는 방법을 발견했습니다. 아토초 펄스를 생성하기 위한 사전 조건입니다.
L’Huillier: 네, 그건 행복한 우연이었습니다! 예상하지 않았던 일을 만났을 때 그것은 항상 멋진 일입니다. 그런 다음 맞추어야 할 과제가 나타납니다. 그 당시 우리는 실제로 강렬한 레이저 광으로 비활성 기체에 충격을 가하여 형광 효과를 연구하고 싶었습니다. 이때 관찰할 수 있는 가장 강한 광은 형광성이 아니라 레이저 주파수의 고조파인 것으로 밝혀졌습니다. 이 발견이 나의 커리어를 바꾸었습니다. 고조파의 도움으로 후에 아토초 펄스를 생성할 수 있었고 오늘날에도 여전히 이 연구를 하고 있습니다.
제가 적어도 고조파가 무엇인지는 이해할 수 있을까요?
L’Huillier: 네 가능합니다! 여기에는 우주와 아토초를 사용한 비교보다 훨씬 더 잘 작동하는 비교가 있습니다. 바이올린 현을 활로 켜면, 순수 음뿐만 아니라, 순수 음주파수도 생성됩니다. 다른 주파수도 발생합니다. 음악에서는 이를 배음(overtone)이라고 합니다. 이 배음은 소리에 색깔을 부여합니다. 배음은 고조파입니다. 특정 조건에서 가스가 강력한 펨토초 레이저 펄스에 노출되면 비슷한 일이 발생합니다. 즉 훨씬 더 짧은 파장의 새로운 레이저 주파수가 생성됩니다. 고조파는 레이저 물리학의 배음입니다.
고조파 광펄스로 무엇을 할 수 있습니까?
L’Huillier: 다음 단계에서 아토초 펄스를 만듭니다. 하지만 그 자체로도 유용합니다. 우리는 현재 반도체 산업용 리소그래피 및 측정기술 시스템 제조사와 협력하고 있습니다. 아이디어는 고조파를 사용하여 반도체의 작은 구조를 테스트하는 것입니다. 기초 연구자인 저에게는 매우 구체적인 프로젝트입니다. 우리의 작업이 기업에 도움이 될 수 있다는 사실이 놀랍고 기쁩니다.
레이저 테크놀로지도 교수님의 연구와 관련이 있습니까?
L’Huillier: 네. 아토초 물리학을 연구하는 우리는 수십 년 동안 레이저 제조사가 새롭고 더 나은 극초단 펄스 레이저를 개발하도록 반복적으로 자극해 왔습니다. 반면에 우리는 더 나은 빔 소스로부터 혜택을 얻습니다. 초기 빔 소스가 좋을수록 고조파가 좋아지고 아토초 펄스도 좋아집니다. 이 결과 극초단 펄스 레이저 테크놀로지 분야의 진단방법 및 측정방법과 같은 새로운 기술 개발로 이어집니다. 즉 끊임없는 인센티브입니다. 이러한 긍정적인 효과 외에도 제 작업에서 가장 중요한 것이 있습니다.
교수님에게 가장 중요한 것은 무엇입니까?
L’Huillier: 저는 연구가입니다. 또한 교수이기도 합니다. 많은 똑똑한 젋은이들을 훈련시키고 그들의 지식이 자라나는 것을 지켜볼 수 있습니다. 이 일이 저의 가장 큰 기여라고 생각합니다.
Anne L’Huillier는 스웨덴 룬드(Lund) 대학교의 원자 물리학 교수입니다. 그녀는 아토초 물리학 연구 분야의 가장 중요한 공동 창립자 중 한 명으로 간주되고 있습니다. L’Huillier는 2023년에 연구 성과로 베르톨트 라이빙거(Berthold Leibinger) 재단의 미래상을 받습니다. 그런 다음 며칠 후 Pierre Agostini 및 Ferenc Krausz와 함께 노벨 물리학상을 수상합니다.
