어떤 물질이 직육면체 모양으로 형성되어 있을 때, 이 물질의 3차원적 구조 중에서 비교적 짧은 쪽을 흔히 “두께”라고 부른다. 직육면체를 정의하는 길이가 가령 7x4x1이라면, 보통 가장 짧은 길이인 1을 두께라고 부른다.

나노미터 수준의 얇은 막을 만들다 보면 도대체 이놈이 얼마나 두꺼운지 알 수가 없다. 대충 보면 두꺼운 놈은 짙은 색이고 얇은 놈은 옅은 색이니 “그런가보다” 하고 넘어가긴 하지만…

하지만 두께 자체가 정확해야 하는 정밀 반도체의 세계에서는 그런 어물쩡 넘어가는 것은 용서받지 못한다. (= 논문이 반려된다.)

내가 반도체를 연구하는건 아니지만 어쩌다보니 태양전지 반도체 만들때 쓰는 물질을 이용해서 박막을 만들고 이 박막의 두께를 재는 실험을 해야만 하게 되었다. 그래서 요점을 정리해 둔다.

누구나 알다시피, 두께를 재고 싶으면 자로 재봐야 한다. 하지만 나노미터 수준의 자는 있지도 않을 뿐더러 있어도 눈으로 보이지도 않는다. 10억분의 1미터라니깐. 현미경으로 봐도 안보이는 수준이다. 그래서 나타났다, 직접 표면을 만져보면서 두께를 측정해주는 장비이다.

Surfcorder ET-3000이라는 장비이다. 옆에 프린터는 선택사항이랜다. 사고 싶은 사람은 Kosaka Lab.으로 연락하면 된다. 어차피 내가 여기서 이 제품을 광고해줘봤자 아무도 안 살테니 안심하고 홍보해 준다.

이 장비를 이용하면 바늘을 직접 움직이면서 박막의 두께를 잴 수 있다. 정확히는, 다음과 같은 그래프가 나온다.

잘 보면 0.23부터 0.32정도 사이에 아래로 푹 꺼진 부분이 있다. 여기 부분과 나머지 부분의 높이 차이가 바로 두께가 된다. 박막에 칼등으로 흠집을 내고 실제로 측정을 하는 것이니까.

이 방법의 문제점은 보다시피 값을 정하기가 심히 곤란하다는 점이다. 튀는 점들도 많고 어느 점을 기준점으로 잡아야 할지가 난감하다. 또한 특정한 부분을 일직선으로 따라가면서 측정한 값이기 때문에 저것이 박막 전체의 두께를 대표할 수 있는지도 의문이 된다. 이런 문제를 해소하기 위해서 사용하는 방법이 광학 밀도(Optical density)를 이용한 방법이다. 광학 밀도란 빛이 얼마나 흡수되는가를 측정하는 것인데 물질마다 다 다른 값을 갖는다. 물론 이것은 투명한 물질에 대해서만 측정할 수 있으며 불투명한 물질은 당연히 이 방법을 이용할 수 없다. 원래는 용액에 녹은 용매의 농도를 알기 위해서 사용하는 방법이지만 이래 쓰나 저래 쓰나 내게는 두께만 재면 되는 방법이므로 넘어가자.

빛이 통과할 때 물질이 두꺼워지면 두꺼워질수록 많이 흡수되는 것은 너무나 당연할 것이다. 그렇다면 얼마나 흡수될 것인가? 절반?

가령, A라는 물질을 유리판에 코팅해서 똑같은 두께의 코팅판을 2개 만들었다고 하자. 이 코팅판에 빛을 통과시키는데, 만약 한장을 통과하면 빛의 밝기가 절반으로 줄어든다고 하자. 두장을 통과하면 어떻게 될까? 물론 절반의 절반으로 줄어들 것이다. 통과하기 전의 빛의 밝기와 통과한 후의 빛의 밝기를 관찰해 보면, 다음과 같은 사실들을 알 수 있을 것이다.

1. 통과하기 전의 빛이 밝을수록 통과한 후의 빛도 밝다.

2. 두꺼우면 두꺼울수록 빛이 어두워진다.

지극히 당연한 사실이다.

두께에 따라 어두워지는 빛의 밝기는 어떻게 설명할 수 있을까? 여기에 광양자 모형을 도입해 보자. 아인슈타인의 광양자 모형에 의하면 빛은 특정 진동수를 가지는 입자로 되어 있는데, 그 빛의 밝기는 입자의 수에 의해서 결정되고 빛이 가지는 에너지는 입자의 진동수에 의해서 결정된다. 이런 특징을 가진 어떤 것이 광학적 매질을 통과할 때, 어떤 일이 일어나는 것인가? 이것을 생각해 보면 광학 밀도를 이용해서 두께를 어떻게 알아낼 수 있는지 탐구할 수 있다.

…그래서 어쩌라고?

…생각. 광양자 하나하나를 갖고 매질에 통과시켜보면서 뭔가를 해볼 수는 없는 노릇이므로 우리가 사용할 수 있는 유일한 도구인 두뇌만을 갖고 뭔가를 상상해보자. (사실 광학 실험실 아니면 정밀한 측정은 하기 어렵다.)

광양자가 물질을 지나갈 때 일어날 수 있는 일은 딱 2가지 종류가 있다. 흡수(Absortion) 아니면 방출(Emission)이다. 이때, 하나의 물질 입자가 광양자를 흡수하고 다시 방출하는 것을 “산란(Scattering)”이라고 부른다. 알을 낳는 것이 아님에 주의하자.



<sup>[각주:

1

]</sup>



산란에서도 광양자의 진동수가 바뀌는 산란이 있고 바뀌지 않는 산란이 있는 등 다양한 일들이 일어나지만, 여기서는 그런건 신경쓰지 말고 “흡수”만을 생각해 보자.

물질을 통과하기 전에 100개의 광양자가 있었다. 그런데 이 광양자가 물질을 통과하고 났더니 30개만이 남아있었다. 그렇다면, 만약 물질을 통과하기 전에 1000개의 광양자가 있었다면 물질을 통과한 후에는 광양자가 몇개나 남아있을까? 복잡하개 생각할 필요 없이, 100개씩 10번 통과시키면 될 일이다. 따라서 300개의 광양자가 남아있음을 알 수 있다. 그렇다면, 이 물질을 통과해서 나온 광양자를 다시한번 그 물질에 또 통과시킨다면? 100개씩 3번 통과시키면 되니까, 이번엔 90개의 광양자만이 남게 된다. 한번 더? 100개씩 0.9번?? 슬슬 감이 왔겠지만, 언제나 살아남는 광양자의 수는 통과하기 전의 30%가 된다. 따라서 이번엔 27개의 광양자이다. 한번 더 통과시키면 얼마나 남을지 물어보는건 직접 생각해 보자.



<sup>[각주:

2

]</sup>

이 시점에서, 빛이 흡수되는 양과 두께 사이에 어떤 양적인 관계가 있음을 알아야 한다. 정확히는, 두께의 지수함수가 빛이 흡수되는 양이다. 흡수되는 양은 두꺼워질 수록 곱셈으로 늘어난다. 두께는 덧셈으로 늘어난다. 하나는 곱셈이고 하나는 덧셈인데, 덧셈과 곱셈을 연결시켜주는 함수는 딱 두가지 종류가 있다. 하나는 지수함수이고, 다른 하나는 로그함수이다. 여기서는 지수함수를 사용해 보자.

요점만 말하자면, 처음의 빛의 밝기가

라고 했을 때, 두께 t이고 빛을 통과시키는 물질을 통과했을 때, 만약 이 물질이 균일하다고 한다면 물질을 통과한 후의 빛의 밝기

는 다음과 같이 쓸 수 있다.

이때

는 물질마다 달라지는 어떤 상수값이다. 그렇다면, 반대로 우리가 그 값을 알고 있다면, 통과하기 전과 통과한 후의 빛의 밝기를 측정해서 두께를 알아낼 수 있지 않을까?

이렇게 알아낼 수 있다.

그런데, 이런 종류의 함수는 여기서만 나오는 것이 아니다. 사실 위와 같이 어떤 양에 따라서 지수함수의 형태로 감소하는, 그런 값들은 물리에서 너무 자주 나온다. 가령, 다음과 같은 볼츠만 분포가 있다.

이때도 마찬가지로 에너지는 더해지는 값이고 확률은 곱해지는 값이다. (k는 볼츠만 상수이고 T는 온도이다.)

또한, 반감기 문제에서도 자주 나오는 것들이다.

(T는 반감기이고 t는 시간,

는 원래 있었던 양이다)

그럼 도대체 이 문제들에는 어떤 공통점이 있길래 비슷한 형태로 나오게 되는 것일까? 공통점을 찾아본다면, 확률에 의해서 지배되는 현상을 표현한다는 것이 있다. 볼츠만 분포를 빼고, 나머지 두개는 반응 속도가 남아있는 양에 비례한다는 특징이 있다. (화학 반응식에서도 비슷한 수식을 발견할 수 있다.)

아무튼. 다시 본론으로 돌아오자.

아주 얇은 박막의 두께를 재고 싶으면 물질에 빛을 투과시켜서 얼마나 빛이 어두워지는지 조사하면 된다. 위에 얘기한

값만 미리 측정해 둔다면 뭐든지 다 조사할 수 있다.

(글을 한달 넘게 붙들고 쓰다보니 원래 뭘 쓰려고 했었는지 잊어서 여기까지만 적어둔다. 궁금한점, 오류, 오타, 보충 등은 댓글로…)

요즘들어 계속해서 딴생각이 난다. 30분 일에 집중하면 30분동안 딴생각을 하는 나를 발견하고 있는 중이다. (그러고도 업무 일정에 빵꾸 안내는 거 보면 나름 신기…)

계속해서 생각을 하다 보면 생각에 중독된 것 아닌가 하는 생각도 하게 된다. 생각 그 자체에 대해 생각하는 것도 재미있다.

머릿속에 있는 생각들을 그대로 끄집어서 구체화 시킬 수 있다면 논문이건 예술 작품이건 쉽게 쉽게 만들 수 있을 것 같다. 천재란 오히려 그런 사람들인 것 같다.

http://www.ytn.co.kr/_ln/0104_200912171003472703

YTN에서 새로운 우주론을 내놓았다.

태양계 나이 1000배 증가, 우주 나이 300배 이상 증가.

이거야말로 정말 후덜덜한데…-_-;

영어 번역하다가 4.5billion에서 billion을 “조” 단위로 본 것 같다. 영국식 영어에서는 billion이 “조” 단위임. 미국식에서는 “10억”단위.

http://endic.naver.com/endic.nhn?docid=116130

친구가 대학원에 다니고 있는데, 연구실 사람들이 자기가 자리에 없으면 놀러 간줄 안다고 불평했다. 자기는 분명히 다른 중요한 일이 있어서 자리를 비운 것이고 일하는 시간에 놀러가지 않는 사람인데 오해받으니 불쾌하다고 했다. 그러면서 다른 사람들은 실제로 놀러 가는 주제에 열심히 일하는 사람에게 뭐라고 하니 더 화가 난다고 한다.

문제의 원인은 연구실의 다른 사람들이 그 친구에게 관심을 갖지 않기 때문인 것 같다. 즉, 무슨 연구를 하고 있고 그 연구가 어떤 일을 해야 하는지 잘 모르기 때문에 그렇게 생각한다는 점이다. 여기에 더불어, 그 연구실의 다른 사람들이 자기는 실제로 놀러 다니기 때문에 다른 사람들도 역시 놀러 다닐 것이라고 생각한다는 점이다. 이렇게 두가지 부분이 원인으로 생각된다.

이 문제를 해결하기 위해서는 두 원인 중의 하나를 잡아야 하는데, 첫번째 원인을 붙잡는 방법은 자신이 얼마나 연구를 진행하고 있는지 계속해서 자랑하고 다니는 것이 있다. 다만 이 경우에는 잘난척한다고 하는 뒷말을 들을 수 있으니 그 정도와 빈도에 주의하여야 한다. 두번째 원인을 해소하는 방법은 두가지가 있는데, 하나는 연구실의 다른 사람들이 놀러 다니지 않도록 되는 것과 다른 하나로 자신도 마찬가지로 다른 사람들처럼 놀러 다니는 것이다.

두번째 원인을 해소하는 것은 대단히 어려운데, 첫번째 방법인 다른 사람이 놀러다니지 않도록 하는 것은 처리해야할 대상이 많고 그 대상을 내 마음대로 통제할 수 없다는 부분이 문제다. 그 친구가 막내이기 때문이다. 두번째 방법 역시 어렵기는 마찬가지인데, 공부를 하지 않고 공부를 잘할 수 있는 방법이 없기 때문이다. 그 친구는 공부로 성공하고 싶어하는 사람이기 때문에 공부를 하지 않고 놀러다니라고 말하는 것은 그 친구보고 장래희망 포기하고 대충 살라는 뜻이다.

결과적으로, 해법이 없는 문제가 되었다. 모든 사회 문제의 모범답안이지만, 이런 경우에 “억울하면 출세해라”는 조언 외에는 당장 떠오르지 않는다. 하지만 출세라고 쉬운건 아니다. 그렇게 얘기하는 것 역시 아무런 대안을 제시해주지 않는다.

http://vkh3.kisti.re.kr/

돌아다니다가 발견.

인체 전신 CT 단층 사진을 공짜로 제공함. 인체에 관심이 많은 사람은 들어가서 보기 바람. (연구용도로도 사용 가능.)

(낚임을 방지하기위해 미리 말해주지만, 남성의 신체임.)

중고로 산 Kittel 고체물리학 책에, 그 책을 원래 갖고 있던 사람이 이렇게 적어놓았다.

“밖으로는 여유있게, 안으로는 냉정하게”

이렇게 살면 성공할 수는 있어도 인생을 너무 딱딱하게 살게 된다. 밖으로 아무리 여유있게 보이려고 노력해봐야 자기 자신에게 여유가 없는데 어떻게 여유가 생기겠나.

그렇다고 해서 안으로는 여유있게, 밖으로는 냉정하게 해도 좋지 않다. 많은 사람들이 자신을 따뜻하게 대해주는 사람을 바라지 자신에게 냉정하게 대하는 사람을 바라지는 않는다.

비슷한 이유로, 안으로도 냉정하고 밖으로도 냉정한 사람은 더 나쁘다.

세상이 계속해서 변화하고 있는데, 거기에 맞춰서 변화하지 않고 한가지 관점만을 유지하면 살아남지 못하고 성공하지 못한다.

여유로운 면과 냉정한 면을 모두 충분히 갖추고, 적절히 조화시켜서 세상에 맞춰서 적용하는 것이 좋다.

그 말을 적어둔 페이지에, 같은 사람이

“나 자신에게 부끄럽지 말자”

“실패를 두려워 하지 말고 끝까지 최선을 다하자”

같은 유명한 말들을 적어두었다. 진짜?!

이런 말들을 읽었을 때, 우와 멋지다. 나도 따라할거야. 라고 생각하면 안된다.

왜? 나 자신에게 부끄러워서는 안되는 이유가 뭐가 있을까? 남에게 부끄러운 일과 나 자신에게 부끄러운 일은 다른가? 다를 수 있는가? 같아야만 하나? 달라야만 할까? 나 자신에게 부끄러운 일을 하면 내가 손해를 보나? 이득을 보나? 그런 일을 하지 않으면 좋은게 뭐지? 나쁜건? 나 자신에게 부끄러운 일이란 도대체 뭐지?

멋진 말을 보는 순간, 질문을 쏟아내고 그에 따른 자신만의 타당한 대답을 찾아내야 한다. 스스로 질문을 던지지 못하고 “나 자신에게 부끄럽지 말자”는 문장이 옳다고 생각하고 그에 따르려고만 한다면, 완전히 방향을 잃고 헤매게 된다. 심지어 부끄러운줄도 모르고 살면서, “난 나 자신이 부끄럽지 않으니까 잘 살고 있는거야”라고 착각하게 된다. 이건 안하느니만 못한 좌우명이다.

“실패를 두려워 하지 말고 끝까지 최선을 다하자”는 말도 마찬가지다. 끝까지 최선을 다하자는 후렴구에서 읽을 수 있는건 “그럼 결국엔 성공할거야”라는 낙관론이다. 하지만 인생이 과연 그렇게 쉬울 것인가. 그럼에도 불구하고 실패할 수 있는데, 그래도 끝까지 최선을 다할 것인가?

그 낙관론을 따지지 말고, 문장 자체로만 해석해 볼 수도 있다. 실패를 두려워 하지 않을 수 있는 사람은 몇명이나 있을까? 진짜로 실패했을 때 좌절하지 않을 수 있는 사람은? 다시 일어서서 도전할 수 있는 사람은?

멋진 말이라면 얼마든지 해줄 수 있다. 나한테 물어보면 “우와, 그거 정말 멋진데? 좌우명으로 쓰고 싶다”는 문장을 많이 알려줄 수 있다. 중요한건 그걸 안다는게 아니라 그중에 단 하나라도 제대로 실천하는 것이다. “실패를 두려워 하지 말고 끝까지 최선을 다하자”는 두가지 행동강령을 담고 있다. 우선, 실패를 두려워하지 말아야 한다. 이건 겉으로 드러나는 건 아니니까 자신만이 그 답을 알 것이다. 겉으로 내색하지 않는다면 아무도 모른다. 그렇다면 끝까지 최선을 다하는 것은?

실천하기로 정했으면, 별다른 이유가 없는한 끝까지 최선을 다해야 한다. 실패를 두려워하지 않기로 했으니까 실패하건 성공하건 꾸준히 최선을 다해야 한다. 실패해서 몸도 마음도 피폐해질 수 있겠지만, 그래도 최선을 다해야 한다. 그게 얼마나 무서운 말인지 알겠는가 싶다.

그정도는 생각해봐야 하지 않을까. 멋진 말을 듣고 그 말에 감동하기 전에.

이 글과 함께 읽으면 좋을 것 같은 글 :

http://snowall.tistory.com/95

간단히 말해서

스스로 바보라 생각하지 않으면 책을 빼먹고 읽게 되고

스스로 천재라 생각하지 않으면 문제를 놓치게 된다.

실험 세팅이 다시 시작되었다.

= 사무직 종료, 육체 노가다 시작.

http://www.pressian.com/article/article.asp?article_num=60091204104715&Section=03&page=0

창의성에 대해 괜찮은 기사가 있어서 링크를 걸어 둔다.

서울로 올라오는 버스 안에서, 3년전에 대학원 다닐 때 이해하지 못했던 Quark의 Mixing이 어떤 의미인지 이해되었다. 아울러 Lepton의 Mixing도 어느정도 좀 더 구체적으로 이해하게 되었다.

실험이었다면 실험 결과를 분석하기 위해서 이론을 도입해야겠지만, 아무튼 실험을 진행해야 하고 실험 진행은 버스 안에서는 할 수가 없다.

아무래도 난 입자물리학 이론을 해야 할 것 같다. 밥은 좀 굶더라도. 심장이 두근거리는걸.

음…그렇지만 내가 재능과 노력이 좀 부족하여 미래의 내 배우자와 애들이 굶을지도 모른다고 생각하니 긴장된다.