UNIST(총장 이용훈) 자연과학부의 조범석 교수팀은 레이저장(비공명 광학정상파)의 영향 아래서 비극성 분자(전하 분포가 균일해 극성을 띠지 않는 분자)의 ‘회전 양자 상태’가 다르면 운동궤적도 달라진다는 것을 발견했다.

분자는 레이저장이 없으면 각각의 ‘회전 양자 상태’에 따라 자유롭게 회전한다. 그런데 자유롭게 회전하던 분자들이 레이저장(laser field)과 상호작용하면 변화가 생긴다.

이처럼 외부의 전기적 힘에 의해 유도되는 극성의 정도를 ‘편극률’이라고 부른다. 실제로 편극률은 회전 양자 상태뿐 아니라 분자 정렬 정도와도 연관되고, 정렬 정도는 레이저장의 세기에 따라 달라진다. 그러나 기존에 보고된 실험 결과들의 해석에서 ‘회전 양자 상태에 따라 달라지는 분자 정렬’이 분자의 운동궤적 변화(분산)에 미치는 영향은 무시됐다. 

연구팀은 ‘회전양자 상태에 따라 달라지는 분자정렬’ 효과를 고려, 분자의 운동궤적 변화를 정확히 설명했다. 회전온도가 낮은 이황화탄소(Carbon disulfide) 기체 분자와 마주 보며 진행하는 동일한 레이저 빔 두 개로 만들어진 광학 정상파를 이용해 산란실험을 하고, 회전 양자 상태에 따라 변하는 분자 정렬 효과를 고려한 분자궤적 시뮬레이션을 통해 실험 결과를 해석했다.

그 결과 ‘회전 양자 상태별 분자 정렬 효과’를 고려했을 때 가로 방향으로의 분자의 속도 변화를 잘 설명할 수 있었다.

장성환 다른기사 보기