다양한 분자 시스템에서 극초단 시간 스케일 영역 안에 일어나는 극초단 전하 이동은 들뜬 상태의 전자구조 변화로 인한 분자 구조 변화를 일으키고 분자 내 특정 원자 사이트에 전자를 편재화 시키는 과정이다. 극초단 전하 이동은 에너지 전달 현상과 밀접한 관련이 있고 자연/인공 광합성 분자, 광촉매 및 다양한 형태의 태양 전지에서 일어나는 핵심 반응으로 이들 반응들의 근본적인 이해와 효과적인 분자 설계를 위해서는 극초단 전자 이동의 핵심인 전자 및 분자 구조 변화 측정과 관련 상관 관계 규명이 필수적이다.

다양한 형태의 극초단 분광 기술들이 개발되어 극초단 전하 이동 이해에 활용되고 있지만 특정한 원자 사이트에 존재하는 원자가 전하 분포에 직접적인 측정에는 한계가 존재한다. 특히 기존의 극초단 분광 기술을 활용하여 원자-원자 사이의 결맞는 전하 흐름을 원자 선택적으로 측정하는 것은 거의 불가능하여 새로운 형태의 기술 개발이 반드시 필요하다. 본 연구과제를 통해서 2개 이상의 엑스선 펄스를 활용하는 멀티 컬러 엑스선 분광 기술을 개발하고 이를 활용하여 다양한 분자 복합체의 전하 이동 과정에 핵심적인 동역학 정보를 이해하고자 한다. 본 연구가 성공적으로 수행된다면 전자와 핵 동역학이 강하게 결합되어 있는 분자 시스템에서 특정 원자 주변의 전하 흐름을 직접적으로 추적하여 에너지 전환과 관련된 분자 설계에 핵심적인 정보를 제공할 수 있다. 본 연구과제에서 개발될 다양한 멀티 컬러 엑스선 분광 기술은 비선형 엑스선 분광 기술 개발의 첫걸음이며, 이를 통하여 자연/인공 광합성 소재들을 근원적으로 이해하는 화학 분야의 가장 중요한 목표를 달성하는데 한 발 더 다가가고자 한다.