한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 김세권 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 복잡계 이론물리 연구단 김경민 박사팀, 한양대학교 물리학과 박문집 교수팀과의 공동연구로 뒤틀림 자성체를 이용해 위상적 솔리톤을 안정화시킬 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 스핀트로닉스는 성장 한계에 다다른 기존 반도체 기술의 근본적인 문제점들을 전자의 양자적 성질인 스핀을 이용해 해결하고자 하는 연구 분야다. 이는 기존 정보처리 기술을 혁신적으로 발전시켜 초고속 초저전력 차세대 반도체 기술을 구현할 것으로 기대되고 있다. 솔리톤이란 특정한 구조가 주변과 상호작용을 통해 사라지지 않고 계속 유지하는 현상을 말하며, 위상적 솔리톤이라는 구조체를 이용해 정보를 저장하고 전송할 수 있는 초고속 비휘발성 메모리 소자 개발이 전 세계 각국 학계와 산업계에서 경쟁적으로 연구가 이뤄지고 있다. 이전까지 차세대 메모리 소자 개발을 위해 연구됐던 위상적 솔리톤으로는 스핀 구조체로 자연계에 존재하는 다양한 자성체 중 수직 이방성이라고 하는 특수한 성질을 갖는 자성체에서만 안정하다고 알려져, 물질 선택의 제한으로 인해 솔리톤 기반 정보처리 기술 발전에 어려움이 있었다. 연구팀은 특정 단층
융합과학 연구클러스터: ▲ 연구소장 명경재 ▲ 다차원 탄소재료 연구단 부연구단장 서영덕 ▲ 운영지원팀장 배석현 헬로티 김진희 기자 |
국내에서는 IBS와 포스텍 등이 아토초 과학 연구에 도전하고 있어 올해 노벨 물리학상 수상자로 선정된 피에르 아고스티니, 페렌츠 크러우스, 안 륄리에는 원자와 분자 속 전자의 움직임을 볼 수 있는 '아토초 과학'이라는 새 영역을 열었단 평가를 받는다. 100경분의 1초를 뜻하는 아토초는 분자 속 전자가 움직이는 시간 수준으로 그야말로 찰나의 순간이다. 우리가 빠르다고 느끼는 컴퓨터나 스마트폰 같은 전자장비도 아토초의 10억 배인 나노초(10억분의 1초) 단위로 신호 처리를 한다. 펨토초(1천조분의 1초) 시간에서는 분자들이 회전하거나 해리하는 현상이 일어나는데, 원자에서 전자가 이온화되는 현상이나 전자가 원자핵을 돌 때와 같은 분자 아래의 현상은 아토초 단위에서 일어난다. 예를 들어 수소 원자에서 전자가 원자핵을 한 바퀴 돌 때 160 아토초가 걸린다. 이번 수상자들이 개발한 아토초 레이저는 아토초라는 짧은 시간 동안 꺼졌다 켜지기를 반복하면서 전자의 움직임까지 세세하게 촬영할 수 있게 돕는다. 남창희 기초과학연구원(IBS) 초강력레이저과학연구단 단장은 "펨토초 레이저를 이용하면 분자의 운동을 보는 데 그치지만, 아토초 레이저는 원자에서 일어나는 초고속 현상
과학기술정보통신부(이하 과기정통부)가 기초과학연구원의 카이스트/포스텍 캠퍼스 건립을 위한 준공검사가 3일 완료됐다고 밝혔다. 기초과학연구원의 카이스트/포스텍 캠퍼스 건립사업은 우수 인재육성의 선순환체계를 구축하고, 기초과학 역량 강화를 위한 사업이다. 기초과학연구원과 특성화대학교는 세계적 연구중심 대학으로의 도약을 위해 이번 사업을 기획했다. 카이스트/포스텍 캠퍼스는 2020년 10월 착공했다. 카이스트 캠퍼스는 지난 해 12월 말, 포스태 캠퍼스는 지난 해 10월 말 준공했다. 해당 사업은 약 1,230억 원의 예산을 소요했다. 과기정통부는 "이번 준공을 계기로, 카이스트와 포스텍에 흩어져 있던 연구단이 한 곳에 모여 연구를 진행할 수 있게 됐다. 기초과학연구원 캠퍼스가 지역 내 기초과학의 새로운 역사를 만들고 미래를 이끌어 갈 추진력을 얻게 됐다"고 평가했다. 카이스트 캠퍼스는 지하 1층부터 지상 6층의 건물 1개 동에 물리/화학/생명 분야의 5개 연구단을 구성할 예정이다. 포스텍 컴퍼스는 지하 1층부터 지상 4강의 건물 1개 동에 물리/수학 분야의 3개 연구단을 입주한다. 본격적인 입주 작업은 올해 초에 시작해 상반기 중으로 모든 입주 작업을 완료할 계
이현욱 교수팀 연구…액체 물질 실시간 관찰하는 신기술도 제시 논문 2편 학술지 '나노 레터스'에 잇달아 발표 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 배터리 개발 관련 논문 2편을 잇달아 발표했다고 12일 밝혔다. 첫 번째 논문에서는 차세대 배터리의 음극 소재(음극재)로 꼽히는 실리콘의 온도별 충·방전 특성을 분석했고, 두 번째 논문에서는 투과전자현미경(TEM)으로 액체 물질을 실시간으로 관찰하는 신기술을 제시했다. 첫 번째 논문 내용을 보면 실리콘은 상용화된 음극재인 흑연보다 10배 정도 용량이 커 고용량 배터리 소재의 후보로 손꼽히지만, 충전과 방전을 반복할수록 팽창하면서 단일 입자와 전자가 파괴된다는 단점이 있다. 연구팀은 실리콘을 차세대 음극재로 쓰려면 부피 팽창에 대비한 구조적 안정성을 확보하는 것이 최우선 과제라고 보고 온도별 부피 팽창과 파괴 거동을 분석했다. 연구팀은 방향성이 다른 3종류의 단결정 실리콘 웨이퍼에 전자빔으로 다양한 지름의 실리콘 나노 기둥을 제작한 후 기둥을 중심으로 배터리 셀을 조립해 전기를 충·방전하며 리튬과 실리콘 웨이퍼의 전기화학반응을 살폈다
폐, 모세혈관, 뇌 신경계까지 관찰 가능 모세혈관이나 신경계까지 3D 입체로 관찰할 수 있는 초미세내시경이 개발됐다. 기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장(고려대학교 물리학과 교수)과 고려대학교 바이오의공학과 최영운 부교수 공동연구팀은 주사바늘보다 가는 두께의 내시경 기술을 개발하고, 이를 통해 박테리아보다 작은 생체 구조의 입체이미지를 얻는데 성공했다고 발표했다. 내시경은 좁은 공간 안의 물체나 인체 내부의 영상을 획득하기 위해 만들어진 영상장비이다. 일반적으로 내시경은 관찰하고자 하는 물체 내부에 가느다란 영상장비를 삽입하여 신호를 받아들이는데, 끝단(프로브)에 카메라를 부착해 직접 관찰하거나, 빛을 이용해 정보를 전달하는 광섬유로 이미지를 얻는다. 카메라 센서를 사용하는 경우 프로브의 두께가 두꺼워져 피부의 일부를 절개해서 삽입해야하는 경우도 있다. 반면 광섬유 다발을 이용한 내시경의 경우 좀 더 얇은 형태로 제작할 수 있어 절개부위와 환자의 불편함을 최소화할 수 있다. 하지만, 기존의 광섬유 내시경은 개별 광섬유의 코어(광섬유 속에서 빛을 통하게 하는 물질)간에 생기는 빈 공간 때문에 선명한 이미지를 얻기 어려웠다.
IBS, 고신축성 반도체 양자점 복합소재 기반의 포토트랜지스터 어레이 기술 개발 머신러닝기법 적용해 형태 변형되어도 가시광선(적색/녹색/청색)을 정밀하게 감지 가능 기초과학연구원(IBS)는 나노입자연구단 손동희 객원연구원, 김대형 부연구단장, 현택환 연구단장 공동연구팀이 다양한 형태로 변형해도 가시광선 영역의 빛을 정밀하게 감지 가능한 신축성 나노소자를 개발했다고 밝혔다. 구 형태인 사람의 눈은 곡률변화에도 다양한 파장대의 빛을 어떠한 시력 저하 없이 정밀하게 감지할 수 있지만 전자소자는 형태가 변화하면 빛 감지 능력이 떨어진다. 연구진은 인체 눈의 기능성을 모사하기 위해, 양자점, 유기 반도체성 고분자, 고무처럼 탄성력이 있는 탄성중합체를 최적의 비율로 합성해 고신축성 반도체 양자점 나노복합소재를 개발했다. 이러한 소재 기반으로 제작된 능동 매트릭스형 다층구조 포토트랜지스터 어레이에 머신러닝기법을 적용해 형태가 변해도 다양한 빛을 정확하게 감지 할 수 있도록 하였다. 연구진은 나노복합소재에서 나타난 탄성중합체 내의 양자점과 유기 반도체 소재 간의 상분리 현상에 주목했다. 소재가 늘어나면 양자점의 간격이 벌어지며 전기적 성능이 떨어지지만 유기 반도체 소재가
기초과학연구원(IBS)은 중이온가속기연구소 초대 소장으로 홍승우 성균관대 물리학과 교수를 선임했다고 1일 밝혔다. 홍 소장은 국제과학비즈니스벨트 기획 단계부터 참여해 중이온가속기 구축 계획을 수립하고, 총괄 책임자로서 중이온가속기의 개념설계를 수행하는 등 중이온가속기와 희귀 동위원소 과학에 대한 높은 이해도와 전문성을 갖춘 것으로 평가받고 있다. 국내외 가속기 전문가들과의 폭넓은 네트워크와 기초과학연구원 라온협력센터장, 중이온가속기이용자협회 이사·회장을 역임한 경험 등을 바탕으로 이용자 중심의 중이온가속기 운영과 성능 향상, 활용 연구성과 조기 도출 등에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 홍 소장은 "도전적 목표를 설정하고 이를 공유·소통해 중이온가속기연구소를 성공적으로 이끌겠다"고 말했다. 한편 IBS는 그동안 중이온가속기 건설구축사업단을 운영해왔으나, 오는 12월 1단계 사업이 종료되는 데 맞춰 중이온가속기 운영사업을 확대하기 위해 중이온가속기연구소를 출범하게 됐다. 연구소는 세계 최고 수준의 희귀동위원소 가속기 활용연구의 거점이 되는 것을 목표로 중이온가속기의 초기 운영과 활용 연구, 잔여 장치 구축에 주력할 계획이다. 헬로티 김진희 기자 |
IBS 나노구조물리 연구단, 그래핀 단점 보완한 ‘홀리그래파인’ 합성 기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장(성균관대학교 교수) 연구팀이 반도체 특성을 띠는 새로운 2차원 탄소 동소체인 ‘홀리그래파인’을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 반도체 구현이 어려운 그래핀의 단점을 보완하는 물질을 합성함으로써 광전자공학, 촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 대표적인 탄소 동소체는 다이아몬드와 흑연이다. 그래핀, 풀러렌, 탄소 나노튜브 등 현대에 발견된 다양한 탄소 동소체는 나노물질 과학에 혁명을 일으키고 있다. 특히 그래핀의 전자 이동 속도는 실리콘의 140배에 이르고 강도는 강철의 200배에 달하여 꿈의 소재로 각광을 받았다. 하지만 그래핀은 밴드갭이 없어 반도체로 사용하기에 한계가 있다. 밴드갭이 존재해야 때로는 전기를 통하게 하고 때로는 통하지 않게 하는 반도체로 활용할 수 있다. 그래핀의 한계를 보완하기 위해 빠른 전하 이동 속도를 가지는 동시에 밴드갭 조절이 가능한 새로운 유형의 2차원 탄소 동소체를 찾는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그래핀에 물리적·화학적 방법으로 구멍을 생성하면 전류의 흐름을 방해하여
헬로티 김진희 기자 | 선풍기나 발전기, 터빈처럼 로터(rotor·회전자)를 갖는 회전기계들은 보통 로터를 외부 환경으로부터 격리하기 위해 케이지 등 프레임 안에 설치한다. 외부 영향으로부터 로터를 보호하고, 운동량을 보존하기 위해서다. 국내 연구진이 이러한 회전기계의 구조를 닮은 초소형 분자 로터를 합성했다. 기초과학연구원(IBS) 김기문 복잡계 자기조립 연구단장(포스텍 화학과 교수) 연구팀은 연구진이 자체 개발한 ‘포피린 박스’를 케이지로 사용하는 크기 2.3nm의 분자 로터를 합성했다. 머리카락 두께보다 10만 배가량 얇은 이 분자 로터는 외부의 화학적 자극에 의해 움직임을 제어할 수 있다는 것이 특징이다. ‘세상에서 가장 작은 기계’로도 불리는 분자 기계는 외부의 자극에 의해 기계적인 움직임을 구현해내는 분자 집합체다. 분자 기계를 최초로 설계하고 합성한 연구자들에게 2016년 노벨 화학상이 수여됐을 정도로 많은 연구가 이뤄졌다. 하지만 여전히 나노미터 수준의 영역에서 정밀하게 작동하는 분자 기계를 설계하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있는 상황이다. IBS 복잡계 자기조립 연구단은 2015년 6개의 사각형 포피린(P·porphyrin) 분자와 8개
헬로티 김진희 기자 | 기초과학연구원(IBS)은 화학 분야 신규 연구단을 KAIST 캠퍼스에 출범시킨다고 밝혔다. 지난 23일부터 연구에 착수하는 첨단 반응동역학 연구단(Center for Advanced Reactions Dynamics)의 단장으로는 이효철 KAIST 교수가 선임됐다. 이로써 IBS는 수학‧물리‧화학‧생명과학‧지구과학‧융합 분야 31개 연구단, 1개 연구소(한국바이러스기초연구소)를 구성하게 됐다. 이 신임 단장은 KAIST 화학과를 졸업하고, 미국 캘리포니아공과대에서 화학 박사학위를 받았다. 이후 미국 캘리포니아과학원 및 미국 시카고대에서 연구했으며 2003년부터 KAIST 교수를 역임했다. 2012년 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더, 2015년부터는 부연구단장을 역임하며 화학반응 연구에 매진해왔다. 이 단장은 X선 산란‧회절을 통한 화학 및 생물학적 시스템의 분석 분야 연구에서 선구적인 역할을 해왔다. 대표적인 성과로 X선을 이용해 화학결합을 형성하는 분자 내 원자들의 실시간 위치와 운동을 관측한 연구들이 있다. 이효철 단장은 “화학반응 및 생물학적 반응을 보다 잘 이해할 수 있는 새로운 실험 및 분석법을 개발해 나가려한다”
헬로티 서재창 기자 | 기초과학연구원(IBS)은 25일인 오늘 차세대 메모리 소재인 스핀 메모리 소자를 초고속·초전력 대용량으로 구현하는 기술을 개발했다고 밝혔다. IBS 소속 원자제어 저차원 전자계 연구단과 강상관계 물질 연구단은 자석 성질을 띠는 자성 반도체 물질에서 '초거대 각자기저항' 현상을 세계 최초로 발견했다. 이는 자기장 크기가 일정할 때 '스핀' 각도에 따라 자기저항 크기가 10억 배까지 변화하는 현상을 뜻한다. 자석의 원인인 스핀은 전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 물성이다. 보통의 반도체에서 전기장으로 전류 흐름을 조절하는 것처럼 스핀 방향을 이용해 전류 흐름을 조절하게 됐다. 연구진은 기존 반도체 특성과 위상 자성체 특성을 결합하는 계기가 될 뿐 아니라 외부 잡음에 강하고 정보 손실이 없는 스핀 정보 소자로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 위상 상태는 고체 물질의 전자구조가 뫼비우스의 띠처럼 꼬여진 구조를 말하는데, 위상 자성체는 기존 위상물질과 달리 자성에 따라 위상학적 전자 상태 특성이 변화되는 물질이다. 스핀 정보 소자 기술(스핀트로닉스)은 에너지 효율이 높고 정보 연산·저장을 동시에 할 수 있어 기존 반도체 기술의 한계를
헬로티 김진희 기자 | 기초과학연구원(IBS)은 제4대 상임감사로 최도영(崔道榮, 58세) 전(前) 과학기술정보통신부 국제과학비즈니스벨트추진단장을 선임했다. 임기는 2021년 10월 5일부터 3년이다. 최도영 신임 감사는 교육과학기술부 기초연구지원과장, 미래창조과학부 통신자원정책과장, 과학기술정보통신부 생명기초조정과장, 연구예산총괄과장 등을 역임했다. 2020년 5월부터는 국제과학비즈니스벨트추진단장으로 역임하며 과학벨트의 과학기반 혁신 성장을 견인했다. 최도영 신임 감사는 30여 년간의 공직 경험에서 쌓은 연구개발 활동 및 제반업무와 정부출연연구기관(출연연)에 대한 높은 이해도를 바탕으로, IBS의 비전 및 목표 달성을 위한 감사업무를 이끌 적임자로 평가받고 있다. IBS 감사는 공개모집 절차, 이사회 선임 과정을 거쳐 과학기술정보통신부장관의 승인을 받아 임명된다.
헬로티 김진희 기자 | 롤러블폰 등 이형(異形) 폼팩터를 가진 전자기기가 상용화 초읽기에 들어선 가운데, 국내 연구진이 기존 평면 디스플레이로는 구현하기 힘든 정보까지 표현할 수 있는 3차원 디스플레이 원천기술을 개발했다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노입자 연구단 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수) 공동연구팀은 종이처럼 자유자재로 접을 수 있는 3차원 양자점발광다이오드(QLED) 개발에 성공했다. 양자점(Quantum dot)을 발광물질로 활용하는 QLED는 기존 액정디스플레이(LCD)와 달리 백라이트 등 부피가 큰 요소가 필요 없어 훨씬 얇은 두께를 가진 디스플레이 제작이 가능하다. IBS 나노입자 연구단 역시 2015년 머리카락 두께의 약 30분의 1정도인 3μm 두께의 초박형 QLED를 개발하고, 이를 웨어러블 디스플레이의 형태로 제작한 바 있다. 이번 연구에서는 더 나아가, 종이접기를 하듯, 초박형 QLED를 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있게 만들었다. 이를 바탕으로 나비, 비행기, 피라미드 등 복잡한 구조를 가진 3차원 폴더블 QLED를 제작하는데 성공했다. 이를 위해 연구진
헬로티 서재창 기자 | 반도체는 회로의 선폭을 가늘게 만들수록 성능 향상에 유리하다. 단위 면적당 더 많은 소자를 집적할 수 있기 때문이다. 산업계에서는 선폭이 5nm 정도인 ‘5나노 반도체’가 최근 상용화에 들어섰다. 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 이종훈 그룹리더(UNIST 교수)와 펑딩 그룹리더(UNIST 교수) 연구팀은 2차원 흑린을 이용해 선폭 4.3Å(0.43nm)의 전도성 채널을 구현했다. 이는 나노미터 한계를 뛰어넘어 옹스트롬(Å‧1Å은 0.1nm) 단위 선폭의 초극미세 반도체 소자 가능성을 실험적으로 제시한 것이다. 이번 연구는 울산과학기술원(UNIST), 포항공대(POSECH)와 공동으로 진행했다. 2차원 흑린은 ‘포스트 그래핀’ 시대의 주역이 될 반도체 소자로 꼽힌다. 두께가 원자 한 층 정도여서 실리콘 기반 반도체로 구현하기 힘든 유연하고 투명한 소자에 이용 가능하다. 또한, 2차원 반도체 소자 중 전자이동도가 가장 크다. 그래핀과 달리 ‘밴드갭(band gap)’이 있어 전기를 통하게 했다가 통하지 않게 하는 제어도 쉽다. 그래서 그간 흑린 등 2차원 물질을 반도체 소자로 활용하려는 시도가 많이 있었다. 그 결과 물질의
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