미국 국립표준기술연구소(NIST, National Institute of Standards and Technology)와 워털루 대학교(University of Waterloo) 양자 컴퓨팅연구소(IQC, Institute of Quantum Computing) 연구진들에 의해 연구된 센서 디자인 상의 발전이, 재료의 특성을 찾아내는 강력한 그렇지만 아직은 많은 수정이 필요한 기술에 대해 해결의 실마리를 마련해 줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 양자 메카닉스부터 산업용 툴에 이르기까지 중성자 간섭법(neutron interferometry)이라고 불리는 기술을 확장시킬 것이다.
making neutrons better at analyzing material (Credit: NIST) @sciencedaily
중성자 빔은 복잡한 분자와 다른 발전한 재료를 프로브하는 다양한 방법에 사용될 수 있지만, 중성자 간섭법(neutron interferometry)을 사용하려면 많은 주의가 필요한데 그것을 만족하게 하는 분석기술은 거의 없는 것이 현실이다. 이 개발된 기술은 중성자를 양자 메카닉스의 특징인 전파로 취급하고 중성자가 표본 재료를 통과함에 따라 어떻게 변화하는지를 측정한다. 결과는 표본의 자기적, 원자핵적 그리고 구조적 특성에 대한 다양한 상세내용을 밝힐 수 있다. 중성자 간섭법(neutron interferometry)은 극도로 민감하지만, 비용이 수반된다. 이 장치는 진동과 온도에 극심하게 민감하여 주차장 크기의 콘크리트 요새 같은 곳에 건설되어야 하며 그곳에서 수천 도의 온도 변화 내에서 안정성을 유지하도록 관리되고 지진 활동으로부터 차폐되어야 한다.
미국 국립표준기술연구소 중성자연구센터(NCNR, NIST Center for Neutron Research)에서 연구 중인 연구팀이, 많은 이러한 장애요소들을 피하고 간섭계(interferometer)를 변화에 대해 많은 저항성을 가지는 방법을 개발했다. 전통적인 중성자 간섭계의 핵심은 탄산음료 캔 정도 크기의 작은 실리콘 조각으로, 이것은 정밀하게 가공되어 3개의 얇은 실리콘 돌출부 벽이 표면 위쪽으로 나오게 되어 있다. 이 벽들이 중성자 빔을 회절시키고 그것을 두 개로 나누어 하나는 샘플을 통해 보낸 다음 그것을 다시 재결합시킨다. 최종 산출물에서의 간섭 패턴은 중성자가 샘플에 의해 어떻게 영향을 받는지를 보여준다. 최근의 기술혁신은 간섭계의 전체적인 균형을 증가시키는 방법으로 나머지 벽을 추가하는 것이다.
"일반적인 3개의 벽에 4번째 벽을 추가함으로써, 우리는 많은 간섭 효과들을 효과적으로 제거할 수 있었다. 그것을 통해, 우리는 마루에 놓인 큰 숯 그릴 크기의 상자 내에 하우징된 장치를 창조할 수 있을 것이다."
Huber 박사에 의하면, 이 발전은 새롭게 개발된 장치가 중성자의 기원에 더욱 가까워지도록 했고 이전 샘플 상의 중성자를 10배 이상 많이 이동시켜 짧은 시간 내에 더욱더 정확한 데이터를 생산할 수 있도록 할 것이다.
"일 주일 이상이 걸렸을지도 모르는 측정 과정이 이제 몇 시간 이내에 가능해졌다. 우리는 새롭게 개발된 간섭계(interferometer)가 소수에 의해 이용되는 비밀의 것이 아니라 산업계와 학계가 필요할 때 예약 시간을 정해서 사용하는 매우 사용자 친화적인 시설이 될 것을 희망하고 있다. 중성자 간섭법상의 발전은 양자 기술이 학계를 벗어나서 실제 세계의 분야에 실용적인 장치로 만들어질 가능성이 있음을 실증하는 것이다."라고 Huber 박사는 말했다.
Huber 박사는 다음과 같이 덧붙였다. 미국 국립표준기술연구소 중성자연구센터(NCNR)은 일정한 종류의 간섭법 연구를 위한 원래의 콘크리트 요새 형태의 장치를 유지할 계획이지만, 그것을 새로운 장치를 가진 것으로 확장할 것이다. 이것은 2012년 2월에 확장 프로젝트가 완료된 이후에 미국 국립표준기술연구소 중성자연구센터(NCNR)가 중성자 생산을 시작할 때 측정을 시작할 예정이다.
출처: 경기과학기술진흥원
원본출처: sciencedaily.com
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