제6회 pls-Ⅱ 여름학교 & tutorials -...

VOL.21/NO.3/Autumn 2014

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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)

36 │방사광과학과기술│


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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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



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



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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―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]

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