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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)
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
[email protected]
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.
[email protected]
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]