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VOL.21/NO.3/Autumn 2014
35
Workshop, Conference 소식
제6회 PLS-II 여름학교 & Tutorials
는 2박 3일의 일정으로 7월 23일부
터 7월 25일까지 포스코 국제관 국
제회의장에서 성황리에 개최되었고
총 33개 기관에서 186명이 참여하
였다.
여름학교는 포항가속기연구소의
고인수 단장의 환영사로 시작되었
고, 뒤를 이어 이틀간 이루어진 강연
내용을 분과별로 살펴보면 다음과
같다.
XRD 분과에서는 광주과기원의
노도영 교수가“Coherent X-ray
diffraction”을 주제로 1시간 30분
동안 강의를 하였다. X-선의 정의
와 역사, 빛의 coherence 성질에 대
하여 이야기하고, 이어서 X-ray 산
란 이론, incoherent X-선 회절과
coherent X-선 회절을 비교 설명한
후 coherent X-선을 이용한 4세대
가속기에서의 응용에 대해서 알기 쉽
게 강의하였다. 경희대학교의 김진교
교수가“Basics and applications of
X-ray diffraction”이라는 주제의 강
의를 통해 전통적인 X-선 회절의 원
리에서부터 다양한 실험의 예를 통
해 학생과 일반 연구자 모두에게 X-
선이 무엇이고 어떻게 연구에 이용
되지는 지에 대한 기초적이면서도
핵심적인 이야기들이 전달되어 매우
유익한 시간이었다. 마지막으로 한
국표준과학연구원의 이근우 박사가
“X-ray scattering of disordered
materials”라는 주제로 강연을 하였
다. 결정이 고온에서 액체와 비정질,
그리고 결정 등의 여러 상태를 가질
수 있으며 이러한 상의 변화를 자체
개발한 공중부양(Levitation) 기술
을 이용함으로써 액체의 표면이 다
른 물질에 접촉하지 않은 상태에서
의 상변화 시의 구조변화를 X-선으
로 관찰할 수 있음을 설명하였다. 이
러한 독창적인 실험 기술을 통해 기
존에 발견하지 못한 상변화 메커니
즘을 밝히고 이를 토대로 새로운 합
금의 개발도 가능함을 강의하였다.
XAFS 분과에서는 이화여대의 황
성주 교수가“X-ray Absorption
Spectroscopy: A powerful tool to
understand the nature and functionality
of nanostructured inorganic solids”라는
제목으로 X-선 흡수분광에 대하여 기본
원리, 시료준비 및 장치소개 등에 대해
설명한 후에 XANES와 EXAFS 각각의
분석방법에 대한 특징과 응용실험 결과
에 대하여 강의하였다. Data processing
과 관련하여 EXAFS와 XANES가 Nano-
strutured materials, 리튬이온 이차전지
용 전극물질, 초전도체 등 주로 산
화물 재료 연구에 어떻게 활용되는
지 구체적인 사례를 들어 설명하였
으며, 바쁘신 와중에도 국내 연구자
들에게 XAFS의 분석기법을 널리 알
리고자 하였다. 또한, 국내 연구자들
에게는 생소할 수 있는 XAFS 연구
를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 쉬운
용어와 예를 바탕으로 강연하였다.
오후 세션에는 보다 구체적인 연구
사례를 소개한 시간으로 성균관대의
윤원섭 교수가“Synchrotron X-ray
Study on the Electrode Materials
for Rechargeable Batteries”라는 제
목으로 in situ XAFS 및 XRD 실험을
통한 실시간 구조분석의 중요성을
중점적으로 강연하였다. 이차전지의
충방전과정 중의 각 특정원자 주위
로 발생되는 전자적 및 기하학적인
국부구조의 변화를 실시간으로 관찰
함으로써, 물질계의 반응기구를 밝
혀낼 수 있는 방법을 제시하였다. 또
한, 포항가속기연구소 XAFS 빔라인
소개와 XAFS 원리 및 측정법에 대하
여 소개하고 실제 빔라인에서 실험
한 경험을 바탕으로 강의를 하였다.
관련분야 전공자뿐만이 아니라 비전
공자들도 이해할 수 있도록 쉬운 용
어와 내용으로 모두에게 유익한 시
제6회 PLS-Ⅱ 여름학교 & Tutorials
김제한, 문도현, 박재헌, 백재윤, 이국승, 임재홍 (포항가속기연구소)
36 │방사광과학과기술│
Workshop, Conference 소식
간이었다.
MX 분과에서는 둘째 날 결정학
개론에 관한 강연이 있었다. 결정학
개론에 대한 강연은 오전과 오후로
나누어 각각 한 시간의 강연이 있었
고, 전체적으로 2시간의 강연을 통
하여 결정학에 대한 전반적인 이해
를 돕고자 하였다. 오전 섹션으로써
울산과학기술원(UNIST) 이창욱 교수
는“Protein X-ray Crystallography”
란 제목으로 구조생물학에 대한 전체
적인 소개와 함께 결정학을 이용
한 구조분석에서 반드시 필요한 결
정화의 기본개념, 결정화 로봇, 결
정 handling 방법, 예비 X-ray 회
절 실험에 대해 설명하였다. 이어
단백질의 결정화를 위해 샘플의 균
질성(Homogeneity)과 같은 생물리
학적 기본 특징의 중요성을 강조하
였다. 또한, 샘플의 생물리학적 기
본 특징을 적절히 변경 하여 단백질
의 결정화 가능성을 높이기 위한 여
러 가지 전략으로써, 단백질 동시 발
현 (Coexpression), 제한된 단백질 가
수분해(Limited proteolysis)와 같은
방법을 소개하였다. 마지막으로 막 단
백질의 결정화와 FSEC (Fluorescence
Size Exclusion Chromatography)
을 기본으로 한 막 단백질의 결정화
에 앞선 샘플의 선 스크리닝 기법
을 소개하였다. 결정학 개론의 오
후 섹션으로써 연세대학교(원주) 홍
민선 교수의“Macromolecular X-
ray crystallography”에 관한 강연
이 있었다. 오후섹션은 결정을 확보
한 후 단백질의 3차원 구조가 어떻
게 결정되는지에 관한 내용으로 이
루어져 있었다. 가장 기본적인 단결
정의 회절 원리에 대한 설명을 시작
으로 단위 격자, 대칭군, X-선의 보
강간섭, 위상정보의 의미와 중요성,
위상정보를 얻기 위한 MIR 방법과
MAD 방법, Data collection 단계
에 대한 소개가 이어졌다. 마지막으
로 X-선 회절 데이터의 처리 과정
인 indexing, integration, scaling
에 대한 기본적인 의미와 좋은 데이
터의 scaling 후 기본 조건을 설명
하였다.
SAXS 분과에서는 경북대 박수영
교수가“Principle of SAXS & WAXS
for polymer materials”, POSTECH
의 이문호 교수가“Synchrotron
Grazing Incidence X-ray Scattering
and Its Applications in Probing
Nanostructures”이란 제목으로 강
의를 하였다. 박수영 교수는 SAXS/
WAXS의 기본 원리에 대하여 소개하
였고, 고분자에 적용하였을 때 고분
자의 나노 구조와 모폴로지 분석 방
법과, SAXS와 WAXS를 이용하여 구
한 인자들의 의미를 자세히 설명하
였다. POSTECH 이문호 교수는 방
사광을 이용한 스침각 입사소각 산란
(Grazing Incidence X-ray Scattering)
에 대해 설명하였고, 다양한 물질 구
조에 따른 스침각 입사 소각 산란 실
험 데이터를 보여 주었고, 그 원리를
자세히 설명하였다.
Imaging 분과에서는 포항가속기연
구소 임재홍 박사가“X-ray Imaging
using synchrotron radiation”이라는
제목으로 방사광에서 활용되는 다양
한 X-선 영상 기법들을 소개하고,
영상의 질을 결정짓는 두 가지 요소
인 해상도와 대비 측면에서 영상 특
성을 설명하였다. 그리고, 포항방사
광가속기의 X-선 영상 빔라인들의
현황 발표를 통해 이들 시설을 활용
하여 어떤 실험들이 가능한지 소개
하였다.
Lithography 분과에서는 포항
가속기연구소의 김종현 박사가
“Deep X-ray Lithography and
other applications using synchrotron
white beam irradiations”이라는 제
목으로 방사광을 이용하여 초소형
패터닝에 대한 소개를 하였다. 방사
광을 이용한 리소그래피 연구를 위
하여 운영중인 빔라인은 9D 빔라인
이 유일한데, 이러한 대면적 백색광
을 이용한 다양한 마이크로/나노 소
자 제작에 관한 연구와 그 이론들을
강연하였다. 또한, 이러한 대면적 백
색광을 이용하여 초미세 소자 제작
뿐 아니라 독특한 다른 연구를 수행
하는 것이 가능한데, 이러한 관련 응
용 연구들도 간단히 소개하였다. 여
름학교에서의 참석자가 대부분 재
료, 소재 혹은 물리, 화학 등의 전공
자이므로, Lithography 연구 분야의
소개는 참석자들에게 조금 생소한
VOL.21/NO.3/Autumn 2014
37
Workshop, Conference 소식
분야일 수 있었으나, 많은 이들이 강
의를 수강하였다. 향후에는 X-선 연
구 분야로의 직접적인 응용 소개를
통하여 보다 많은 관심과 이용이 기
대된다.
Photoemission 분과에서는 첫째
날“How to probe the quantum
state of an electron in a solid?”라
는 주제로 IBS의 김형도 박사의 기조
강연이 있었다. 방사광원의 다양한
조건에 따라 측정 전자를 선택적으
로 분석함으로서 고체 내 양자상태
를 다각도로 유추해 볼 수 있는 일반
적 방법을 알기 쉽게 설명해 주었다.
그 대표적인 예로 spin-resolved 광
전자 분광학에 대한 기본적 원리에
대하여 수강생들에게 심도있는 고민
을 해볼 수 있는 기회를 마련하였다.
포항가속기연구소의 이영미 박사는
core-level 전자 분석 영역에 해당하
는 내용의 범위에서 광전자 분광학의
기본 및 활용 원리를 설명하였다. 포
항가속기에 올해부터 처음으로 이용
자 지원을 시작한 Nanoscopy 빔라인
을 연구 개발한 신현준 박사는 STXM
장치에 대한 기본적 구조, 원리, 그
활용성에 대하여 소개해 주었다. 분
광학적 정보와 더불어 약 20nm 공
간분해능 이미지를 얻을 수 있는 장
치로서 물리, 화학, 생물, 재료 등 다
양한 분야에서 필요로 하는 유용한
장치임을 강조하였으며, 그에 부응
하여 수강생으로부터 많은 질문과
함께 뜨거운 관심을 받았다.
IR 분야에서는 포항가속기연구소의
채복남 박사가“Infrared spectroscopy:
Basics and applications”라는 제목으
로 적외선 분광학의 원리, 적외선 분광
기의 원리, 구조 및 실험 방법에 대하
여 강의하였다. 그리고 현재 건설 중
인 적외선 빔라인의 개념 및 실험 장
치, 기존의 적외선 분광법과 비교되는
성능의 우수성 등에 대하여 소개하였
다. 본 적외선 빔라인에 설치되는 적
외선 분광기 및 적외선 현미경 분광기
를 활용한 화학, 생명, 재료, 물리 등
의 다양한 분야에의 응용에 대한 강의
를 진행하였다. 광주과학기술원의 이
종석 교수는“Basics and Applications
of THz spectroscopy”란 주제로 강연
하였다. 다양한 THz 광원들과 발생 원
리 및 이를 이용한 분광법들에 대한 강
의를 하였다. THz 투과 및 반사 실험
을 통하여 광학 상수들을 얻는 방법 및
38 │방사광과학과기술│
Workshop, Conference 소식
diffraction의 한계를 극복하고 공간 분
해능을 높일 수 있는 THz near-field
microscopy 등에 대한 기법을 소개 하
였고 차후의 경쟁력 제고를 위한 THz
time-resolved spectroscopy 및 고출
력 THz 펄스를 이용한 electric dipole과
magnetic dipole control에의 응용 예를
제시하였다.
여름학교 마지막 날에는 오전에는
걸쳐 총 15개의 빔라인에서 실습이
이루어져, 실제 방사광 빔라인에서
실험이 어떻게 이루어지고, 데이터
분석은 어떻게 이루어지는지에 대한
자세한 설명을 들을 수 있었다. 각
빔라인 별 실습원원은 아래와 같다.
실습이 끝난 오후에는 XRD,
SAXS 분과 Tutorial이 있었으며 그
내용은 다음과 같다.
[SAXS Tutorial]
제2회 SAXS Tutorial은 총 17개
기관에서 43명이 참석하였다. 이번
SAXS tutorial은 SAXS Beamline 기
초 설명, Solution SAXS 이론/실험
설명 및 GISAXS/GIWAXD 이론 및
실험에 대한 강좌를 오전에 실시하
였다. 오후에는 43명의 SAXS tutorial
참석자들을 대상으로 사전 조사한 실
습참여 조사를 바탕으로 3개 조로 분
리 하였으며 각각 3C, 4C 및 9A 빔
라인에서 GISAXS, Solution SAXS
그리고 GIWAXD 실험을 진행하였다.
3C 빔라인에서 진행된 실습은
GISAXS/GIWAXS 박막 실험 신청자
중 18명을 대상으로 2회에 걸쳐 실
시하였다. 먼저 빔라인 장비 및 실
험 방법을 소개하였고, GISAXS 실
험 및 Data 처리 방법에 대하여 실
습을 실시하였다. 표준 시료 측정을
통하여 데이터 교정을 하였고, 시험
용 시료인 기판 위에 구형으로 놓인
PMMA 입자에 대한 데이터와 기판
데이터를 얻었고, 그 이후 자체 제작
한 프로그램인 GISASplot 프로그램
에 의해 기판 데이터를 제거한 후 그
데이터를 1Dimensional 데이터로 변
환 처리하여, 그 결과가 구형 입자임
을 확인하는 실습을 하였다.
4C 빔라인에서 진행된 실습은
Solution SAXS/WAXS 실험 신청자
16명을 대상으로 하였다. 먼저 빔라
인 광학 장치, 실험 장비 및 실험 방
법을 소개한 후, SAXS 실습은 먼저
표준 시료 측정을 통하여 데이터 교
정을 하였고, 실습을 위한 시험용 시
료는 단백질 BSA를 사용하였다. 그
리고 나서 실습 조를 2개조로 나누
었다. 1개조는 직접 실험을 하여 시
험 시료의 데이터를 얻는 실험을 하
표1.빔라인별실습인원
빔라인 4A1 4B 4D 7A 8A1 8C 9B 10A 10C
인원(명) 4 6 7 2 7 10 16 2 16
VOL.21/NO.3/Autumn 2014
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Workshop, Conference 소식
였고, 다른 한 개조는 얻어진 데이터
를 분석하는 것으로 하였다. 실험 데
이터를 얻은 조는 공개된 SAXS 분석
용 소프트 웨어인 ATSAS를 웹상에서
다운로드 받은 후 그 데이터를 처리
하는 ATSAS 프로그램 중 DAMMIN,
GASBOR 등을 사용 시뮬레이션 후,
그로부터 얻어진 3차원 구조 데이터
를 Pymol 프로그램을 이용 관찰 그
리고 이미 알려진 BSA의 Crystal 구
조 데이터와 비교 검토하는 실습을
하였다.
9A 빔라인에서 진행된 실습에서
는 GISAXS/GIWAXS 박막 실험 신
청자 중 23명을 대상으로 빔라인 장
비 및 실험 방법 소개, GIWAXD 실
험 및 Data 처리 방법에 대하여 실습
을 실시하였다. GIWAXD 실험 실습
의 경우 시료의 정렬, 표준 시료 측
정 및 미지 시료 측정을 통해서 모든
참가자들이 실습을 실시하였으며 특
히 개인 시료를 준비해온 참가자의
경우 (4명) 참가자가 직접 개인 시료
를 측정 할 수 있도록 배려하였다.
Data 처리 방법 실습의 경우 9A 빔
라인에서 사용하는 GISAXS Shop 프
로그램을 통해 참가자들이 직접 측
정한 Data를 처리하였으며 표준 시
료를 이용한 q calibration, line-cut
profile 및 d-spacing 분석 등 다양
한 분석 방법에 대해서 실습을 진행
하였다.
참가자 전원이 시료 측정부터
Data 처리 과정까지 실습을 실시함
으로써 신규 이용자들의 빔라인 및
실험 방법에 대한 이해를 증진 시킬
수 있었다.
[XRD Tutorial]
제6회 엑스선 산란 튜토리얼을
2014년 7월 25일에 실시하였다. 튜
토리얼의 주제인 image plate을 이
용한 연구에 대해 외부 기관의 교수
의 강의를 의뢰하였다. 숭실대 이
동렬 교수가 image plate를 비롯한
이차원 검출기를 이용한 박막중심
의 연구에 대한 설명과 기초 이론을
설명하였다. 이어진 두 번째 강연
은 연세대 이용재 교수는 같은 주제
로 박막이 아닌 파우더 샘플중심의
연구를 강의하였다. 오전의 이론 및
사례연구를 중심으로 한 강의를 포
스코 국제관 2층 중회의실에서 실시
하였다.
강의 실습은 지난 다섯차례의 튜
토리얼과정에서 경험한 빔라인을 이
용하는 실습에서 벗어나 새로운 시
도를 해보았다. 가속기 연구소의 이
현휘 박사와 전태열 박사가 강의 실
습을 주도하여 실시되었다. 실습 내
40 │방사광과학과기술│
Workshop, Conference 소식
용은 튜토리얼 참가자에게 본인들이
직접 해볼 수 있는 기회와 유익한 정
보를 제공하고자 컴퓨터 프로그램을
이용하여 image plate 및 2차원 검출
기로 측정한 데이터 처리하는 방법
에 관한 것이었다. 실습 장소는 포항
공대 박태준학술정보관 멀티미디어
교육장에서 실시하였고, 참가자들
이 강사의 설명을 들으면서 직접 데
이터를 처리하는 방법을 실습해보았
다. 여러 가지의 제약조건에 의해 많
은 것을 직접 실습해 볼 수 없는 빔
라인을 이용하는 실험 실습보다 데
이터 처리 및 분석법을 컴퓨터 프로
그램으로 참가자들이 직접 해봄으로
써 참가자들이“실습”을 해볼 수 있
는 기회가 되었을 것으로 생각된다.
이번 제6회 PLS-II 여름학교는,
전체적으로 참가자들이 관심 있게
강의를 듣고 실습에 임하였으나 참
가자들은 대학생에서 대학원생, 기
업체 연구원 등 다양하게 구성되어,
발표자가 참가자들의 눈높이를 맞
추는 데에는 일정 부분 어려움이 있
었다. 향후에 튜토리얼은 대학원생
이상을(또는 학부4년 이상을) 위주
로 하여 여름학교에 이어서 좀 더 깊
이 있는 내용으로 진행하는 것도 바
람직할 수 있다. 다수의 연사들이 공
지된 강의 시간에 비해 많은 양의 발
표자료를 준비하여 시간이 부족하다
는 인상을 줌으로 인해 공지가 제대
로 되지 않았거나 여름학교 준비 및
진행이 매끄럽지 못한 것처럼 보일
소지가 일부 있었으며, 추후에는 강
의 시간을 늘리거나 연사들에게 강
의 자료를 비롯한 준비 과정에서부
터 시간을 반드시 지킬 수 있도록 협
조를 구하는 것이 필요할 것으로 생
각된다. 또한 많은 인원의 실습을 짧
은 시간에 진행해야하기 때문에, 소
수의 인원으로 여러 번 나누어 실습
을 해보는 것도 참가자들에게 방사
광 X-선을 이용한 실험의 경험을 높
이는데 도움이 될 것으로 보인다.
여름학교가 끝나고 이루어진 설문
조사 결과를 보면, 이번에 시행된 여
름학교 강의에 대해서는 참석자의
64%가 만족했으며, 실습시간이 적
어서 배운 내용을 실제 측정과 연관
시켜 이해하기 힘들었다, 강의 시간
이 충분하지 못하였다, 여름학교라
는 타이틀에 비해 강의가 너무 전문
적이고 어려웠다는 의견이 있었다.
앞으로는 이런 의견을 반영하여, 실
습 인원을 빔라인별로 적정 인원으
로 제한하여 제대로 된 실습이 이루
어질 수 있도록 하며, 여름학교 연사
들에게 각 분야마다 기초에서 시작
하여 구체적인 연구 수준까지 습득
할 수 있도록 강의 시간을 늘리거나,
분과별로 2회의 강의 중 1회는 학부
및 석사생 기준, 2회는 석사 및 박사
생 기준으로 맞추어 진행하는 것도
다양한 참가자들의 요구를 반영하는
방법이 될 수도 있을 것이다.
VOL.21/NO.3/Autumn 2014
41
Workshop, Conference 소식
―저 자 약 력
김제한 연구원은 서울대학교 석사 (1990) 졸업 후, 1993년부
터 포항가속기연구소 재직하고 있으며 현재 PLSII 3C SAXSI
빔라인 운영을 맡고 있다. [email protected]
문도현 박사는 2008년 한양대학교에서 응용화학을 전공으로
박사 학위를 받았으며, 2009년부터 포항가속기연구소에 재직
중이며, 2014년 현재 빔라인 운영부 생명화학소재연구팀에서
2D 초분자결정학 빔라인 매니저로 재직 중이다.
박재헌 박사는 아이오와 주립대학교에서 물리화학 박사학위를
취득한 후(2001), 펜실베니아 대학교 연구원(2001-2005)을
거쳐 2005년부터 포항가속기연구소에서 재직중이며 fs-THz
분광 빔라인을 맡고 있다. [email protected]
백재윤 박사는 성균관대학교에서 응집물리 박사학위를 취득한
후(2007) 현재 포항가속기연구소에서 재직 중이며, Scanning
Photoelectron Microscopy(SPEM) 빔라인을 담당하고 있다.
이국승 박사는 2010년 서울대학교에서 에너지전기화학을 전공
으로 박사 학위를 받았으며, 2013년부터 포항가속기연구소에
재직 중이며, 2014년 현재 8C Nano-probe XAFS 빔라인을
담당하고 있다. [email protected]
임재홍 박사는 2008년 포항공과대학교에서 구조생물학을 전
공으로 박사 학위를 받았으며, 2009년부터 포항가속기연구소
에 재직 중이며, 2014년 현재 생명의학영상 빔라인을 담당하
고 있다. [email protected]