XFEL 시간분해 산란을 활용한 초고속 동역학 연구
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본 세부과제에서는 미국의 XFEL시설인 LCLS(Linac Coherent Light Source)를 활용한 시간분해 산란 및 초고속 x-선 펌프-프로브 기법을 통해 물질의 격자 및 전자의 동역학을 펨토초 수준에서 측정할 수 있는 연구를 진행하고자 한다.다양한 펌프-프로브 기법을 활용한 X-선 코히런트 회절 기술로 구조변화에 따른 실시간 이미징과 x-선 펌프?처프트 레이저 프로브 기법을 통한 비평형 상태의 전자분포 및 열역학적 성질에 대한 연구를 진행한다.한편 국내 연구진들과의 협력을 통해 LCLS의 활용 가능성을 넓히고,현재 가동중인 PAL-XFEL에 앞선 기술을 접목시킬 수 있는 기반을 마련한다.
1.다양한 시간분해 산란 기법을 활용한 XFEL 초고속 동역학 연구-화학 반응 시 In situ 시료 환경 내에서 나노 다공성촉매 재료와 금속의 구조적 변화를 실시간으로 이미징-펨토초 내의 결정 시료의 내부 변형을 비파괴적으로 원자 수준으로 이미징하고 정량적으로 분석(내부 변형 정도 0.1nm 이하).-실시간 구조 변화와 시간 분해 X-선 산란에 대한 상관 분광법을 접목하여 분석-X-선 펌프-프로브 기술을 접목시킨 초고속 측정-Finite element analysis를 통한 model 구축2.X-선 펌프?레이저 프로브 기법을 통한 비평형상태 동역학 연구-단일펄스를 이용하여 수 피코초에 걸쳐 샘플의에서 발생하는 변화를 펨토초 분해능으로 관측할 수 있는 chirped 프로브의 개발-XFEL 펄스에 의해 여기된 샘플에 대한 optical conductivity의 초고속 측정-강력한 XFEL 펄스에 의해 가열된 샘플에 대한 thermal conductivity 연구
세계 최초이자 현재 가장 앞선 성능을 가지고 있는 미국의 4세대 XFEL 장치인 LCLS를 활용한 시간분해 산란 및 초고속 X-선 펌프-프로브 기술의 개발 및 연구는,원자/분자 단위에서 발생하는 초고속 현상을 연구할 수 있는 원천기술을 보유하게 될 것으로 기대한다.이는 나노다이나믹스,분자 구조 동역학,생체 분자 이미징 등 다양한 분야의 기초/원천기술 개발에 활용될 수 있을 것이다.또한 2016년에 완공된 PAL-XFEL에 관련기술을 접목시키고 국내 연구기반의 확충에도 기여할 것으로 기대된다.