광주과학기술원(GIST)은 물리·광과학과 방우석 교수 연구팀이 세계 최초로 수천 도에서 1백만 도에 이르는 고온·고압의 극한상태 물질 내부에서 발생하는 전자와 이온 간의 열평형 과정을 규명했다고 28일 밝혔다.
이번 연구는 비평형 상태에서의 상전이(물질의 상태변화) 분석과 우주물리학 및 레이저 핵융합 연구에서 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
고출력 레이저를 활용해 고온·고압상태를 구현하는 기술이 발전하면서 이제 실험실에서도 우주 속 행성 내부와 유사한 환경을 재현할 수 있게 되었다. 그러나 기존 연구는 1만 도 이상의 고온에서 전자와 이온간 에너지 전달 속도를 예측하는 데 어려움을 겪어 왔다.
연구팀은 알루미늄과 금을 대상으로 전자와 이온의 온도가 각각 수천 도에서 1백만 도에 이르는 비평형 상태에서 열평형에 이르는 시간을 이론적으로 계산, 알루미늄은 5피코초(1피코초= 1조분의 1초) 이내, 금은 20피코초 이내에 열평형에 도달하는 것을 확인했다.
방우석 교수는 “이번 연구 성과는 행성 내부와 같은 고온·고압의 극한상태에서 물질 내부의 전자와 이온간 에너지 전달을 기술하는 방법을 제시하며 향후 실험실 천체물리학이나 레이저 핵융합 연구에 활용될 수 있다”고 말했다.
방우석 교수가 지도하고 이성민 석박통합과정생이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지(International Journal of Heat and Mass Transfer)에 15일 게재됐다.