광학 비선형 광학: 아토(10^-18)초 나노광학

[바운스K]

논문제목 : Nonlinear optics: Attosecond nanophotonics

저널이름 : Nature Photonics

Volume : 11

Starting page : 210

링크 : http://www.nature.com/nphoton/journal/v11/n4/full/nphoton.2017.41.html

초록 : Combining attosecond science and nanophotonics potentially offers a route to enhance control over light–matter interactions at the nanoscale and provide a promising platform for information processing.

[간략한 논문 소개]

논문제목의 나노포토닉스의 나노는 공간적인 분해능이 나노미터 스케일이라는 것이고요.

시간(아토초)에 촛점을 두고 갈략한 글을 써봅니다.

이번달 네이쳐포토닉스의 News and View 에 수록된 짧은 글입니다.

처음 광학을 접했을 때 펨토(10^-15)초 단위의 측정이 가능한 현 기술을 보고 너무 놀랬습니다.

여기서 다시 단위한번 정리하면,

10^-3 : 밀리

10^-6 : 마이크로

10^-9 : 나노

10^-12 : 피코

10^-15 : 펨토

10^-18 : 아토

입니다. 제가 쓰고 있는 시스템이 100 펨토초 까지 측정 가능한 장비입니다.

예를하나 들면, 반도체 탄소나노튜브의 들뜬 전자의 상태 (즉 conduction band로 올라간 전자)가 바닥상태로 내려오는데 걸리는 시간은 상온에서 이론값은 수 나노초로 예측됩니다[1]. 실험의 경우, 최근 제가 측정한 CNT의 경우는 1.6ps 와 140ps 두개의 lifetime이 측정 되었습니다[2]. 반면 반도체탄소나노튜브 내 carrier들의 쿨롱 상호작용 후 다시 바닥생태로 가는 것은 1ps 이내로 끝날 것이라는 이론 논문들이 있습니다 [3]. (참고로 수 ps 상호작용에 대한 논문도 참고문헌 으로 달겠습니다. [4])

반면 빛과 전자가 충돌하는 순간의 전자의 상태의 변화, 즉 충돌에 걸리는 동안 무슨일이 일어나는 지는 저희 실험실이 쓰고 있는 100펨토초 장비로는 절대 볼 수 없습니다.

반면 아토초 동안은 볼 수 있을까요?

저는 모르겠습니다.

시간 될 때 저도 한번 읽어볼겸해서 링크올려봅니다.

dE*dt~h/2Pi, 측정시간, 충돌시간, 그러는 동안 에너지의 불확정성, 여러가지 생각을 하며 허접한 글을 마무리합니다.

[1] Phys. Rev. Letts., C.D.Spataru et al.,  95, 247402 (2005), 본 논문에서는 실험결과 10~100 ns로 측정된 실험결과가 있다고 하는군요, 논문 내의 참고문헌 14, 15.

[2] (6,5) E22 를 absorption difference time-resolved spectroscopy를 이용해 측정했습니다. 1.6ps와 140ps 중 어느것이 위에서 말한 들뜬 전자의 lifetime인지 혹은 둘 다 아닌지는 공부중입니다. 현재로써는 둘 다 아닌 것 같습니다.

[3] Rhys. Rev. B, M.Hirtschulz et al. et al., 80, 085405 (2009)

[4] Nano Letts. O.A.Dyatlova et al., 12, 2249 (2012)

*제가 관심있는 분야고 댓글 달며 수정하다 보니, 좀 뭔가 딱딱한 느낌으로 글이 쓰여졌는데, 이 게시판에서 꼭 이렇게 논문을 소개할 필요는 없습니다. 논문소개는 간단히 하셔도 되어요~~

[히이이]

씨엔티 리커버리 타임이 저렇게 느렸나요? 저는 수피코 정도로 알고있었는데

[바운스K]

논문 다시 뒤져보니 제가 착각했네요. 이론논문의 경우는 10~100ps 이고, 측정치는 100ps 이상 나오네요. 감사합니다. 수정할께요.

[히이이]

3 피코 내외인 경우도 있더라구요. 실험실에서 직접 측정하나요??

[바운스K]

3피코 내외의 경우는 독립된 electron 의 효과가 아닌 다른 추가적 효과로 측정되는 것으로 알고 있는데, 참고로 위에 결과가 측정될때 약 1.5 ps의 다른 life-time도 측정이 되긴 했습니다. 이에 대해서는 더 공부중이에요.

[히이이]

그렇군여 아래 글에서 펌프 프로브 셋업 봤는데 혹시 직접 얼라인 한 건가요? ㅎㄷㄷ 저는 씨엔티 등 다양한 재료를 이용해서 펨토초 헤이저 만드는 연구를 하고 있어요. 리커버리 타임만 측정할 수 있어도 좋은 연구가 될 거 같은데 셋업 꾸미기가 어렵네요 ㅠㅠ

[바운스K]

디자인과 최초 셋업은 이전 연구자들이 했구요 (그분들께 경의를 표합니다. 정말 대단..). 저는 약간의 변형만 주면서 실험하고 있습니다. 반갑습니다!!

[바운스K]

혹시 참고될만한 문서 있으면 주소 적어주시면 감사하겠습니다. 저도 궁금해 하는 부분입니다.

[히이이]

리커버리 타임 과련된 논문들이요? 제가 오늘은 일찍 퇴근해서 낼 학교 가면 봐볼게요 ㅋㅋ

[바운스K]

오오, 저도 공부하다 괜찮은 논문 있으면 소개하도록 할께요!!

[바운스K]

학교와서 다시 공부중인데, 제가 어제 올린글이 잘못된 부분이 많군요. 그래서 수정했으며, 계속 공부중입니다. (지금 연구가 이에 관련이 되어있어서...) 여튼 고맙습니다. 제가 잘못 끄적인게 좀 바로 잡아졌다 느껴져서 기분이 좋네요 ㅎ