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"이미지 속 데이터 완벽 보안 등 KAIST 진흙 속 '진주'같은 기술 관심"

"이미지 속에 이미지를 숨기는 보안 기술에 대해 들어봤을 것이다. 우리는 해커가 들여다봐도 데이터가 어디 있는지, 설령 어디 있는지 알아도 무엇인지 알수 없다." KAIST가 30일 코엑스에서 마련한 '2024 KAIST 테크페어(Tech Fair)'에서 첫 번째 기술 소개에 나선 김준모 전기및전자공학부 교수는 '인공신경망을 이용한 다중 모달리티 다중 데이터 스테가노그래피 및 보안 전송 기술'을 소개해 관심을 끌었다. 이날 열린 테크페어에서는 기술사업화 8개 기술과 교원창업 기술 5개를 기업인과 VC등을 대상으로 소개가 이루어졌다. 김준모 교수가 공개한 기술은 이미지 등에 인공신경망을 이용해 다양한 모달리티(이미지, 영상,오디오,3D 등)의 데이터를 숨기는 스테가노그래피 기술이다. 김준모 교수는 "기존 스테가노그래피 방식과 달리, 데이터 용량이나 왜곡, 보안성에서 우수한 성능을 나타낸다"며 "이미지 데이터에 음성 데이터를 숨기면 그림으로 봐서는 뭘 감춰 놨는지 파악이 안된다"고 설명했다. 그만큼 보안이 뛰어나다는 설명이다. 100만 화소의 픽셀에도 파라미터 40만 개 정도만 있으면 될만큼 효율이 좋아 저전력 기기나 모바일 환경에서 유용하다고 소개했다. 응용분야로는 환자정보 보호 및 보안 전송이 필요한 의료분야나 기밀 데이터 교환이 필요한 기업과 그외에 디지털 저작권 보호, 국가 보안 분야 등을 꼽았다. 기술사업화의 정도를 볼 수 있는 기술성숙도(TRM)은 4단계라고 소개했다. 이어 김성진 기계공학과 교수가 '초열전도체 설계 기술'을 설명했다. 이 아이템은 이 행사에 참석한 100여 명의 청중으로부터 질문이 가장 많이 쏟아진 아이템이다. 김 교수는 이 기술에 대해 한마디로 "냉각기술"라며 "지난 9년 간 600만 달러를 투입해 기술 개발했다"고 설명했다. 김 교수는 "윅 구조가 필요없는 새로운 개념의 진동형 히트파이프(PHP)"라며 "단순한 구조라 다양한 폼팩터로 제작이 용이하다"라고 말했다. 김 교수가 소개한 PHP는 고압 유체를 작동 유체로 사용하기 때문에 채널 내에서 다상 유동이 활발히 발생하는 특성이 있다. 열성능이 유난히 높다. 진동에 따라 유체에서 공기방울이 발생해 유효 열전도도가 월등하다. "열전도도는 구리보다 사실 다이아몬드가 더 뛰어난데, 유효 열전도도를 보면 구리가 500, 다이아몬드가 2천 정도 됩니다. 그런데 우리가 개발한 마이크로 PHP는 구리 대비 22.5배나 뛰어난 9천 W/m-K의 열전도도를 갖고 있습니다." 김 교수는 '전기차배터리나 인공위성 등에 쓰일 대형 PHP는 유효 열전도도가 22만 W/m-K로, 구리 대비 성능이 500배나 뛰어나다'고 덧붙였다. 청중의 질문과 관심도 쏟아졌다. 특히, 상용용 데이터센터를 준비 중인 업체 관계자는 GPU 적용 가능성을 타진하기도 했다. 이어 '360도 영상 재생 시 사용자 단말 정보를 이용하여 재생 영역을 보정하는 방법 및 시스템은 책임자인 최준균 전기및전자공학부 교수 대신 박준서 박사가 나서 소개했다. 이 기술은 360도 영상에서 발생하는 초기 콘텐츠 로딩시 주요 특정 장면을 높치는 문제나 모바일 단발 기울기 값을 보정하지 못하는 단점 등을 모두 해결했다. 박준서 박사는 "기술 수준은 TRL 6단계 수준이어서 2~3개월이면 모바일 환경에 맞춰 기술 개발이 가능하다"고 소개했다. 이외에 이날 사업설명회에서는 ▲인공지능-인간 정렬 기술(이상완 뇌인지과학과 교수) ▲이차원 반도체 저온 대면적 MOCVD 성장 기술(강기범 신소재공학과 교수) ▲흡입 전달용 mRNA-지질 나노 복합체(박지호 바이오 및 뇌공학과 교수) ▲멸균 코팅 및 의료용 기기로의 응용(임성갑 생명화학공학 교수) ▴인공지능 기반 비강 투여용 항바이러스 단백질 개발(김호민 생명과학과 교수) 등이다. 또 인근 컨퍼런스룸에서 따로 진행된 두 번째 세션과 세 번째 세션에서는 바이오, 반도체, 인공지능과 관련한 기술 사업화 상담과 청업 교원 IR이 진행됐다. 한편 이날 행사에서 개회사와 진행은 이건재 KAIST 기술가치창출원장이 맡았다. 이어 이광형 총장은 축사에서 "1랩 1창업 캐치프레이즈로 취임이후 130개 정도의 창업이 이루어졌다. 교원이 15~20개, 학생이 100여 개 창업됐다"며 "학문적 성과에 머물지 않고, 기술 가치가 실현되도록 최선을 다할 것"이라고 말했다.

2024.10.30 16:41박희범

'물리학 난제' 고온초전도체·초유체 비밀, 이번엔 풀릴까

국내 연구진이 현대 응집물질물리학의 화두인 고온초전도체나 초유체 현상의 비밀을 풀 실마리를 제시해 과학기술계 관심이 집중됐다. 과학기술정보통신부는 연세대학교 김근수 교수 연구팀이 세계 최초로 고체 물질 속에서 전자가 액체의 특징과 고체의 특징을 모두 갖는 '전자결정' 조각을 발견했다고 17일 밝혔다. '전자결정'은 헝가리 물리학자 유진 위그너가 1930년 대 제시한 이론이다. 위그너는 전자가 서로 밀어내는 힘 때문에 규칙적인 배열을 이루어 움직일 수 없는 고체상태로 존재할 수 있다는 '위그너 결정'론을 제시했다. 이 이론으로 위그너는 1963년 노벨물리학상을 받았다. 김근수 교수는 지난 2021년 물리학계의 난제였던 '액체 금속의 전자구조'에서 제안한 이론 모델을 60년 만에 실측에 성공했다. 당시 김 교수는 흑린이라는 결정 고체 표면에 알카리 금속(나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘)을 뿌려 준 후 알카리 금속으로 도핑된 검은 인의 전자구조를 장비를 이용해 측정했다. 이번엔 같은 방법으로 방사광가속기를 이용해 전자결정 조각을 세계 처음 찾았다. 이 연구는 과기정통부 기초연구사업(글로벌 리더연구)의 지원을 받아 수행됐다. 2021년부터 오는 2017년까지 6년간 총 15억 원이 투입된다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처' 10월 17일(현지시간 10월16일 오후 4시) 게재됐다. 고체 물질 속에서 원자는 규칙적인 배열을 이루어 움직일 수 없는 반면, 전자들은 마치 기체처럼 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 전압을 걸어 전자들의 흐름을 만들어 주면 전류가 발생한다. 전자들이 서로 밀어내는 힘으로 규칙적인 배열이 이루어져 움직일 수 없는 상태인 '전자결정'을 만들수 있으면 고온초전도체나 초유체와 같은 난제를 풀 단초가 될 것으로 물리학계가 보고 있다. 고온초전도체는 영하 240도 이상의 비교적 높은 온도에서 저항이 사라지는 물질을 말한다. 또 초유체는 극저온에서 점성이 사라지는 물질이다. 이들 두 물질은 양자컴퓨터나 의료, 반도체 등 다양한 분야에 활용 가능하다. 김근수 교수는 "방사광가속기와 각분해광전자분광 장치를 이용해 전자의 에너지와 운동량을 정밀 측정했다"며 "미세한 전자결정 조각이 존재할 때 나타나는 독특한 불규칙성을 관측하는 데 성공했다"고 말했다. 방사광가속기는 미국 로렌스버클리국립연구소 'ALS 방사광가속기'를 활용했다. 전자결정 조각의 크기는 1~2㎚수준으로 머리카락 굵기의 1만분의 일보다 작다. 김 교수는 "이번 연구에서 발견한 전자 상태의 불규칙한 특성은 물질의 점성이 사라지는 초유체의 대표적인 특징과 유사하다"며 "이를 로톤(roton)이라 하는데, 오직 짧은 거리의 배열만 존재하는 결정 조각을 바탕으로 초유체와 로톤의 미시적 원리를 이해할 수 있을 것"으로 기대했다. 로톤은 1940년대 러시아 물리학자 란다우(1962년 노벨상 수상)가 초유체를 설명하기 위해 도입한 준입자다. 불규칙성이 특징이다. 김 교수는 "지금까지 학계에서는 전자의 규칙적인 배열이 있는 경우와 없는 경우를 이분법적으로 인식해 왔다”며 “이번 연구를 통해 짧은 거리의 배열만 존재하는 제3의 전자결정 상태를 인식하게 되었다는 점에서 이번 연구의 의의가 있다”고 밝혔다

2024.10.17 00:01박희범

양자표준 선도기업 SDT, "100억 원 프리-IPO 투자 유치"

양자표준기술 전문기업 SDT(대표 윤지원)가 신한벤처투자로부터 100억원 규모의 Pre-IPO 투자 유치에 성공했다고 28일 밝혔다. 이번 투자 유치는 전세계 산업 현장 내 양자기술 도입이 본격화되며 더 이상 과학의 영역이 아닌 양자공학으로 진화, 발전해 나가고 있는 양자시장에서 혁신적 기술 상용화의 성과들을 입증해 온 SDT의 기술력과 잠재력을 인정받은 것으로 평가됐다. SDT는 정부의 적극적인 R&D 지원을 통해 양자컴퓨터 제조에 필요한 양자 제어장비(얽힘, 중첩을 제어하는 필수장비) 상용화에 성공했다. 특히 △초전도체 △중성원자 △이온 트랩 △실리콘 스핀 △다이아몬드 NV 센터 등 다양한 물리 플랫폼을 아우르는 호환성과 기술 노하우를 보유했다. 양자 컴퓨팅 글로벌 생태계 내 풍부한 파트너십과 기술 전반의 광범위한 지식재산권(IP)을 보유한 것도 SDT가 국내 양자산업 생태계를 대표하는 양자 컴퓨터 제조 기업으로 자리매김하는 원동력이 됐다. SDT는 올 연말 국가 슈퍼컴퓨팅 센터를 보유한 한국과학기술정보연구원(KISTI)과 공동으로 한국형 양자컴퓨팅 클라우드 서비스를 처음 공개할 예정이다. 최근에는 국내 연구기관과 실리콘 스핀 및 다이아몬드 NV 센터 기반 QPU와 클라우드 서비스 연동 등 풀스택 양자 컴퓨터 및 양자 클라우드 상용화에도 적극 나서고 있다. SDT는 이번 투자유치를 계기로 정부 지자체와 함께 한국 최초의 상용화된 양자컴퓨터 제조 및 클라우드 서비스를 위한 양자컴퓨팅 데이터센터 구축에 나설 계획이다. 이와 함께 국방, AI, 제약 및 화학 등의 산업분야에서 양자 상용화 기술 도입에 속도를 낼 계획이다. SDT는 매년 수조원 대의 투자에 나서고 있는 미국, 중국 등에 비해 뒤쳐져 있는 양자컴퓨터와 암호통신분야 국가 안보기술 경쟁력 확보를 위해 국방부 등과도 긴밀하게 협력해 나간다는 계획이다. SDT는 당초 200억 원 규모로 투자를 유치할 계획이었다. 이에 따라 나머지 100억 원은 글로벌 해외기업 및 기존주주들로부터 투자받아 조만간 마무리한다는 복안이다. SDT는 이외에 국내외에서 주목받고 있는 대표적인 물리 플랫폼 기반의 양자컴퓨터 개발에도 박차를 가할 계획이다. 우선 오는 2026년 상반기까지 64 큐비트 초전도체 양자컴퓨터 개발을 진행한다. 중성원자 양자컴퓨터 경우 2025년 상반기까지 3D 배열 개발을 완성, 2026년 상반기까지 소프트웨어와 알고리즘 개발을 완료한다는 계획이다. 2027년 상반기까지는 20 큐비트 실리콘스핀 양자컴퓨터 개발, 그리고 광집적회로(PIC, Photonic Integrated Circuit) 양자컴퓨터 개발을 위해 2027년 상반기까지 가우스 보손 표본추출(Gaussian Boson Sampling) 문제를 해결할 수 있는 단계에 도달한다는 목표를 세웠다. 이번 투자결정과 관련, 신한벤처투자 조재호 상무는 “SDT는 검증된 양자컴퓨터 장비 제조 역량을 바탕으로, 국내 유일의 양자컴퓨터 전문 스타트업으로서 시장을 선도하고 있다”며 “선도적 기술력과 양자산업 생태계 내 리더십을 바탕으로, 국내는 물론 해외시장에서도 그 가능성을 발현해 나가길 기대한다”고 전했다. 윤지원 SDT 대표는 “이번 투자유치로 SDT의 기술력과 시장 잠재력이 입증됐다. 특히, 양자공학이 더 이상 과학의 영역에 머무르지 않고 산업 전반에서 실질적인 가치를 창출할 수 있음을 보여줬다는 점에서 그 의미가 크다”며, “SDT는 한국형 양자컴퓨팅 생태계 구축을 위한 선도적 역할과 글로벌 시장에서의 경쟁력 확보를 위한 본격적인 행보를 치밀하게 준비해 나갈 것”이라고 말했다.

2024.08.28 15:39박희범

액체도 고체도 아니다, 네마틱 상태 양자 물질에서 첫 관측

고체도 액체도 아닌 액정과 같은 '네마틱' 상태가 양자 물질에서 처음 관측됐다. 양자 컴퓨터나 고온 초전도체 연구 등에 활용될 수 있으리란 기대다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 원자제어 저차원 전자계 연구단 김범준 부연구단장(포스텍 물리학과 교수) 연구팀이 양자 물질에서 액정과 유사한 물질 상을 세계 최초로 관측, 학술지 '네이처'에 공개했다고 18일 밝혔다. 네마틱은 액체와 고체의 성질을 동시에 갖는 상태를 말한다. 액체처럼 자유롭게 움직이지만, 고체처럼 분자 배열이 규칙적이다. 이론적으로는 네마틱 상이 양자역학적 스핀 계에서도 존재할 것으로 예측되었으나, 실제 물질에서 확인한 것은 이번이 처음이다. 스핀은 전자의 각운동량을 말하며, 전자의 운동을 태양 주위를 도는 지구에 비교한다면 스핀은 자전에 해당한다. 자석은 스핀이 한 방향으로 정렬된 고체 상태라 할 수 있다. 자석에서 스핀은 N극과 S극 두 극으로 이뤄진 자기 쌍극자를 형성한다. 반면, 스핀 네마틱은 자성은 없이 네 개의 극으로 이뤄진 사극자가 정렬된 상태다. 기존 실험 도구는 쌍극자에만 민감하게 설계되어 스핀 네마틱을 검출하기 어려웠다. 연구진은 미국 아르곤연구소와 협력, X선으로 사극자 존재를 확인할 수 있는 '공명 비탄성 X선 산란 장비(RIXS)'라는 새 장비를 개발했다. 이후 포항가속기연구소 등 가속기 빔 라인에 개발한 분광기를 구축해 실험을 진행했다. 이어 고온 초전도체 유력 후보 물질로 꼽히는 이리듐 산화물(Sr₂IrO₄)에 X선을 쬐어 스핀의 거동을 관찰했다. 이리듐 산화물은 230K(-43.15℃) 이하 저온에선 쌍극자와 사극자가 공존했지만, 260K(-13.15℃) 온도까지는 쌍극자가 사라져도 사극자가 남아있었다. 230-260K 온도 범위에서 스핀 네마틱 상태로 존재한다는 의미다. 스핀 네마틱 상의 발견은 스핀 액체 탐색에 도움이 될 것으로 기대된다. 스핀 액체는 낮은 온도에서도 무질서 상태를 유지하는 양자 스핀 계의 상태를 말한다. 독특한 물리적 성질로 인해 다양한 활용 방안이 있으리란 기대가 크다. 공동 저자인 조길영 포스텍 물리학과 교수는 "양자컴퓨터 등 양자 정보 기술에 활용하기 위해 학계에서는 지난 수십 년간 스핀 액체를 찾으려는 노력을 지속해왔다"라며 "스핀 네마틱은 스핀 액체와 공통적인 물리적 성질을 가지기 때문에 스핀 액체 탐색의 핵심 단서가 된다"라고 설명했다. 이번 연구는 이리듐 산화물에서 고온 초전도 상이 존재할 가능성을 제시했다는 의미도 있다. 이론적으로 스핀 네마틱 상도 스핀 액체처럼 스핀 양자 얽힘을 통해 고온 초전도 현상을 나타낼 수 있기 때문이다. 연구진은 후속 연구에서 이리듐 산화물의 전자 농도를 변화시켜가며 고온 초전도 현상이 나타나는지 조사할 계획이다. 김범준 부연구단장은 "RIXS는 양자 간섭을 통해 스핀 상호작용에 대한 정보를 얻을 수 있어서 엑스선 과학 분야에서 지난 10년 간 가장 주목받은 기술 중 하나"라며 "이번 연구는 국내 방사광 X선 실험 인프라 및 활용 능력이 세계적인 수준에 도달했기 때문에 가능했다"라고 말했다. 논문 제목은 Quantum spin nematic phase in a square-lattice iridate 이다.

2023.12.18 14:24한세희

챗GPT, '네이처' 올해 10대 과학계 인물 뽑혔다

학술지 '네이처' 선정 올해의 과학계 인물에 챗GPT가 이름을 올렸다. 네이처가 매해 연말 과학계 주요 이슈가 된 사람 10명을 선정하는 '네이처 10'에 사람이 아닌 존재가 선정된 것은 이번이 처음이다. 네이처가 13일(현지시간) 발표한 '네이처 10'에는 찬드라얀-3의 인류 최초 달 남극 착륙 미션 성공을 이끈 인도우주기구(ISO)의 카플라나 칼라하시, 레이저 방식 핵융합 발전에서 투입 에너지보다 높은 에너지를 산출하는데 성공한 미국 로렌스리버모어연구소 애니 크리처, 수컷 쥐 두 마리의 줄기세포에서 새끼 쥐를 키운 일본 오사카대학 하야시 카츠히코 등 10명과 함께 챗GPT가 추가로 이름을 올렸다. '챗GPT의 아버지' 일리야 수츠케버 오픈AI 최고과학자도 네이처 10에 선정됐다. 네이처는 챗GPT가 과학자가 연구하는 방식을 바꾸고 있을뿐 아니라, AI의 한계, 인간 지능의 본성, 인간과 AI 상호관계의 규제 방안 등에 대한 다양한 논란을 촉발했다고 평가했다. 리차드 모나스터스키 편집장은 "챗GPT는 올해 뉴스를 지배했고, 과학 전반에 영향을 미쳤다"라며 "사람이 아니라 네이처 10 선정 기준에 딱 맞지는 않지만, 생성 AI가 과학의 발전 방식에 심대한 변화를 일으킨 점을 존중해 선정 대상자를 확대했다"라고 말했다. 상온 초전도체를 구현했다고 주장한 미국 로체스터대 랑가 디아스 교수 논문에 등장한 데이터의 문제를 추적, 논문 철회를 이끈 제임스 햄린 플로리다주립대학 교수도 네이처 10에 이름을 올렸다. 아마존 삼림 파괴를 막기 위해 적극적 정책을 편 마리나 실바 브라질 환경부 장관과 기후변화를 막기 위해 싸운 엘레니 미리빌리 UN 최고온난화책임자(Chief Heat Officer)도 네이처 10에 선정됐다. 의학 분야에선 아프리카에서 말라리아 피해를 막기 위한 새로운 백신 개발을 주도한 부르키나파소 나로노임상연구단 할리두 틴토 국장, 항체-약물 복합체(ADC) 방식으로 방광암 치료의 진전을 이룬 토마스 파월스 영국 세인트바돌로뮤병원 연구원 등이 공로를 인정받았다. 최근 인기인 '삭센다' 등 비만치료제의 주요 성분인 GLP-1 합성에 기여했지만 공로를 인정받지 못 했던 여성 과학자 스베틀라나 모이소브 록펠러대 교수도 올헤 네이처 10에 이름을 올렸다. 모이소브 교수는 최근 잊혀진 공로를 되찾기 위한 활동을 활발히 전개하고 있다. 올해 네이처 10에는 남성과 여성이 5명씩 나란히 선정됐다. 모나스터스키 국장은 "이들 10명과 AI 모델의 이야기는 2023년 세계 과학의 가장 중대한 발전을 잘 보여준다"라고 말했다.

2023.12.14 08:54한세희

"LK-99, 상온·상압 초전도체로 볼 근거 전혀 없어"···검증위 발표

한국초전도저온학회 LK-99 검증위원회는 LK-99가 상온 상압 초전도체가 아니라고 결론 지었다. 위원회는 13일 발표한 'LK-99 검증백서'에서 "LK-99를 개발한 퀀텀에너지연구소가 시료를 제공하지 않아 교차검증이 불가능한 상황에서, 원논문의 데이터와 재현 연구에 참여한 국내 8개 연구실의 연구 결과를 바탕으로 결론을 내릴 수밖에 없다"며 "이들을 종합 고려해 보면, LK-99가 상온 상압 초전도체라는 근거는 전혀 없다"라고 밝혔다. 지난 7월 퀀텀에너지연구소 등 연구진이 상온 상압 초전도체 'LK-99'을 개발했다는 내용의 논문을 논문 저장 서비스 '아카이브'에 공개하며 국내외 과학계에 논란을 일으켰다. 초전도체 관련 기업 주가가 폭등하는 등 사회적 관심이 커지면서 한국초전도저온학회는 LK-99 검증위원회를 구성, 8월부터 활동에 들어갔다. LK-99 시료를 별도 연구진이 특성을 측정해 보는 교차검증은 퀀텀에너지연구소가 시료를 제공하지 않아 이뤄지지 못 했다. LK-99 연구진이 공개한 논문의 데이터에서도 저항이 0이 되는 것과 물체가 뜨는 마이스너 효과를 보여주고 있지 않다고 검증위는 지적했다. 국내외 연구진의 재현 연구에서도 초전도 특성을 발견하지는 못했다고 검증위는 밝혔다. 서울대, 한양대, 표준연 등 국내 8개 기관은 ▲공개된 합성방법을 따른 합성 ▲고유 방법을 사용한 합성 ▲단결정 시료 합성 등 3개 방법에 따라 각각 재현 연구를 실시했다. 그 결과, 일부 시료에서 100℃ 근처에서 비저항 값이 급격히 변하는 경우도 있었으나, 이는 불순물 상의 상전이에 의한 것으로 보았다. 불순물이 적은 시료는 상전이가 관측되지 않았다. 불순물 없이 균일한 조성을 갖는 단결정 시료에선 10GΩ 수준의 저항 값이 측정되었다. 이는 LK-99가 근본적으로 부도체임을 보이는 것이라고 검증위는 설명했다. 본래 논문 비저항 데이터가 보여준 100℃ 근처에서의 급격한 변화는 황화구리(Cu₂S) 불순물이 가지고 있는 상전이에 의한 것이란 이후 연구들도 소개했다. 검증위는 "과학적 발견의 영광이 처음 발견한 연구자에게 돌아가는 만큼 과학적 발견에 대한 1차적 증명 책임도 해당 연구자에게 있다"라며 "LK-99가 상온 상압 초전도체라는 주장이 과학적 보편성을 갖는 사실로 입증되려면 제3자에 의한 교차측정과 재현 절차가 반드시 뒤따라야 한다"라고 밝혔다.

2023.12.13 14:53한세희

그래핀 발견자, "LK-99 논란은 과학 발전 한 과정"

그래핀 소재를 발견한 콘스탄틴 노보셀로프 영국 맨체스터대학 교수는 24일 "상온 초전도체 LK-99를 둘러싼 최근 일들은 과학에서 흔히 일어나는 일"이라고 말했다. 서울 코엑스에서 열린 '노벨 프라이즈 다이얼로그 서울 2023'에 참석한 노보셀로프 교수는 최근 국내 연구진이 개발했다고 주장해 세계 과학계의 화제가 된 LK-99와 관련, "상온 초전도체는 이론적으로는 제한이 없지만, 안타깝게도 아직 아무 것도 확인되지 못 했다"라며 "이는 무엇인가를 발견하고 검증하는 과학의 일반적인 작동 방식"이라고 말했다. 그는 또 "모든 발견은 면밀하게 검토되어야 한다"라고 말했다. 노보셀로프 교수는 "다음 혁신이 어디서 일어날지는 아무도 모르지만, 다양한 시도를 통해 얻은 경험과 지식이 누적되며 중요한 역할을 한다"라며 "신소재 발견이 목표가 아니라, 그 과정에서 새롭게 얻는 이해 덕분에 다음 도약이 일어날 것"이라고 말했다. 다양한 시도와 실패가 쌓여 향후 새로운 혁신이 일어날 것이라며 스마트한 접근을 주문했다. 그는 스카치테이프로 흑연층을 떼어내는 간단한 방법으로 2차원 신소재 그래핀을 발견, 2010년 36세의나이로 노벨 물리학상을 수상했다. 그는 "그래핀이 배터리나 인쇄전자 등에 도입되고 있다"라며 "양자 기술 등 빠르게 발전하는 영역에서도 신소재가 필요하기 때문에 재료의 다각화가 계속 이뤄질 것"이라고 내다봤다.

2023.09.24 15:15한세희

표준연 등 3개 기관 "LK-99 초전도 특성 못 찾아"

한국초전도저온학회 LK-99 검증위원회는 한국표준과학연구원과 경희대-부산대 재현 실험에서도 LK-99의 초전도 특성이 나타나지 않았다고 14일 밝혔다. 경희대 에너지소재양자물성연구실이 퀀텀에너지연구소 LK-99 논문의 제조 방법을 적용해 만든 재현 시료에는 LK-99 논문과 같이 황화구리(Cu₂S) 불순물이 많이 포함돼 있었다. 상온에서 전기적으로 부도체이고 약한 상자성 특성을 보였다. 연구팀이 불순물이 적을 것으로 예상한 다른 방법으로 합성한 시료에서는 황화구리 불순물이 나타나지 않았고 상온에서 전기적 부도체 특성을, 낮은 자기장에서 매우 약한 반자성 특성이 나타났다. 부산대 양자물질연구소는 논문에 제시된 제조 과정을 거쳐 불순물이 함유된 샘플과 불순물이 거의 없는 샘플을 만들었다. 두 샘플 모두 전기 저항 측정 결과, 초전도가 아니라 반도체 특성을 보였다. 또 영하 120-90도와 영상 90-110도 사이에서 불순물의 상전이에 의한 저항 변곡이 관찰돼 원인이 되는 물질을 파악하기 위한 연구를 진행할 예정이다. 표준연 역시 공개된 합성 방법을 따라 복합산화물을 합성했으나 초전도성을 보이는 LK-99 재현 시료를 얻지 못 했다고 밝혔다. 730~900도 사이에서 열 시간 정도 소결키실 경우 강자성을 보이는 물질이 형성되었으나 전기적으로는 부도체임을 확인했다. 전구체인 라카나이트 순도가 높더랃 LK-99 주상 외에 특정해야 할 잔여상이 너무 많아 소결 조건을 다시 살펴봐야 한다는 입장이다. 검증위는 지난달에도 한양대 등 4개 연구소의 재현 실험에서도 초전도 특성을 찾지 못 했다고 밝힌 바 있다. 검증위 관계자는 "9월 말까지 재현 실험을 진행하고, 외국 논문 및 실험 결과 등도 검토해 10월 중 LK-99 검증을 정리할 것"이라며 "검토 의견은 백서로 공개하겠다"라고 밝혔다.

2023.09.14 14:43한세희

LK-99 검증위 "4개 기관 시료 재현, 초전도 특성 아직 없어"

초전도저온학회 LK-99 검증위원회는 31일 4개 연구기관의 LK-99 시료 재현 실험 결과, 아직 초전도성 특성을 보인 사례는 없다고 밝혔다. 현재 8곳의 연구기관이 초전도저온학회와 연계해 LK-99 재현 실험을 하고 있으며, 이중 4곳이 재현 시료를 제작했다. 한양대 고압연구소와 서울대 복합물질상태연구단, 부산대 양자물질연구실 등 3곳은 퀀텀에너지연구소가 공개한 논문에 공개된 제조 방법을 따랐다. 포항공대 물리학과 연구팀은 별도 공정으로 단결정을 제작했다. 4곳 모두 초전도 특성은 나타나지 않았다고 검증위는 밝혔다. 한양대 시료는 LK-99와 조성 및 특성이 유사하며 저항의 급격한 변이가 있지만, 저항율은 10³Ω·㎝ 수준으로 도체보다는 부도체에 가깝다고 학회는 설명했다. 자화율도 초전도체가 보이는 특성과는 달랐다. 서울대 시료는 LK-99와 결정 구조는 다소 달랐으며, 저항율은 온도가 내려가면서 5-10배 증가하는 모습을 보였다. 자화율 측정 결과는 전반적으로 약한 반자성 특성만 보였다. 부산대는 합성된 전구체의 조성 비율을 달리 하여 두 종류의 시료를 합성했다. 첫번째 시료의 전기저항 측정 결과, 저온에서 저항이 증가하는 반도체 성질을 보였다. 150-180K(영하 123-영하 93℃) 사이에서 저항 변화가 관측되었지만, 초전도성에 의한 전기저항 감소는 아니라는 판단이다. 두번째 합성시료에 대해선 추가적 측정 및 분석을 진행 중이다. 포항공대 연구팀은 논문의 제조 방법을 채택하지 않고 별도 공정으로 단결정을 제작했으며, 단결정 시료에서는 앞서 막스플랑크 연구소 결과와 같이 부도체 특성이 확인됐다. 단결정의 특성을 정확하게 파악하면, 그 외에 나타나는 현상은 불순물에 의한 특성으로 볼 수 있다고 검증위는 밝혔다. 검증위는 "연구기관별로 제조한 시료의 특성이 크게 다르다"라며 "여러 연구기관이 다양한 방법으로 가능한 많은 시료를 재현해 측정하는 것이 결론 도출에 도움이 된다"라고 밝혔다.

2023.08.31 15:38한세희

中 정부, 초전도체 개발 앞장…'재료 강국' 야심

중국 정부가 '초전도체' 산업을 발전시키고 재료강국이 되겠다며 손수 깃발을 들었다. 28일 중국 공업정보화부와 국무원국유자산감독관리위원회가 공동으로 '제1차 첨단 재료산업화 중점 발전 지도 목록'을 발표하고 첨단 재료 산업화를 추진할 것이라고 밝혔다. 두 부처는 "첨단 재료 산업화의 혁신 발전을 가속하고 발전 협력을 주도하겠다"며 초전도체를 목록에 포함시켰다. 국가가 주도해 초전도체를 비롯한 몇몇 첨단 재료의 발전 추이를 관리하면서 산업화를 목표로 기업들이 공동 개발을 위해 협력할 수 있도록 지도하겠단 의도다. 발표에서는 "신소재 산업이 전략적, 핵심적 산업으로서 미래 첨단 산업 발전의 초석이자 선도자 역할을 한다"며 "첨단 소재가 신소재 산업 발전의 방향과 흐름을 대표하면서 중요한 진입점이 될 것"이라고 기대했다. 두 부처는 연구 성과를 이미 가지면서 엔지니어링 산업화의 기반을 갖추고 대량 산업화를 주도할 것으로 기대되는 첨단 소재에 중점을 뒀다고도 설명했다. 목록에는 ▲메타물질 ▲초전도체 ▲단일/이중벽 탄소나노튜브 ▲2차원 반도체 소재 ▲음팽창 합금 소재 ▲고엔트로피 합금 ▲페로브스카이트 소재 ▲고성능 에어롱겔 절연 소재 ▲금속 유기수소화합물 ▲금속 기반 단일 원자 합금 촉매 소재 ▲퀀텀닷 소재 ▲그래핀 ▲첨단광결정 소재 ▲첨단 3D 프린팅 소재 ▲액체 금속 등 15종의 재료가 포함됐다. 초전도체의 경우 제로 저항, 높은 전류 밀도, 외부 자기장 하에서 더 높은 성능을 갖는 특성을 갖는 희토류 바륨 구리 산화물 초전도 재료, 구리 계열 초전도 재료, 이트륨(yttrium, Y) 계열 구리 기반 초전도 재료, 비스무트(bismuth, Bi, 금속 원소의 하나) 계열 초전도 재료, MgB2 초전도 재료, Nb3Sn 초전도 선재료, 초전도 동축 케이블 재료 등이라고 설명됐다. 메타물질은 인공적으로 설계된 구조로서 천연재료가 갖지 못하는 특별한 물리적 특성을 나타내는 인공적 재료라고 소개됐다. 중국 정부는 에너지 흡수, 소음 감소 및 진동 차단 메타 물질, 전자기파 및 공간 전자기 변조 메타 물질, 차세대 전자기 메타 물질, 완전 흡수체 메타물질, 영상 증강 메타 물질, 광대역 무색 광학 메타물질 등을 포함한다. 이번 발표에 따르면 향후 중국 각 지역별 공업정보화부 담당 부서가 해당 재료에 대한 지원을 강화하고 시장 주체들을 적극적으로 할 수 있도록 뒷받침하게 된다. 중국 정부는 이번 목록의 공개로 사회 우위 자원과 다양한 시장 주체가 노력을 집중하면서 첨단 재료 기술 혁신, 응용 탐색 및 산업 적용을 적극적으로 수행하고 더 풍부한 응용 사례를 창출하는데 도움이 될 것이며, 궁극적으로 '재료 강국' 건설을 도울 수 있을 것이란 입장을 내비쳤다.

2023.08.29 07:30유효정

원자력연, 상온 동작 양자컴퓨터 소재 가능성 열다

상온에서도 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보 물질이 나왔다. 한국원자력연구원은 첨단양자소재연구실 김재욱 박사 등 국제 연구팀이 터븀인듐산화물(TbInO₃)이 양자컴퓨터 소자 등에 쓰일 수 있는 양자스핀액상(QSL, Quantum Spin Liquid) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다고 23일 밝혔다. 이 연구 결과는 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 8월 17일 게재됐다. 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘을 이용해 한 번에 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 하지만 온도 변화나 불순물, 외부 전자기장 등 미세한 자극에도 다양한 오류가 발생하기 때문에 중첩과 얽힘의 구현이 어렵다. 절대영도(-273.15도)에 가까운 극저온 환경을 구현해야 하는 등 까다로운 조건도 필요하다. QSL은 양자 오류를 해결할 후보 소재 중 하나로 꼽힌다. QSL은 새로운 자기 상태의 물질로, 양자 요동에 의한 대규모 양자 얽힘이 가능해 양자 오류를 대폭 줄인 양자컴퓨터 구현을 위한 후보 소재로 여겨진다. 2010년대부터 학계에선 이론상으로 QSL은 양자 얽힘으로 발생하는 스피논(spinon)이라는 준입자(quasi-particle)가 빛과 상호작용하며, 스피논에 의해 광학전도도가 빛의 주파수 제곱에 비례할 것이라고 예측했다. 어떤 물질에서 광학전도도가 빛의 주파수 제곱에 비례하는 특성을 발견한다면, 이는 곧 그 물질이 QSL이 될 수 있음을 말해준다. 이제까지 많은 QSL 후보 물질에 대한 검증이 이뤄졌지만, 불순물이나 무질서한 물질 구성 등으로 인해 광학전도도-주파수 제곱 비례 현상을 실험적으로 확인할 수 없었다. 이런 가운데 공동 연구진은 최초로 QSL 후보 물질 중 하나인 터븀인듐산화물(TbInO₃) 단결정에서 이를 실험적으로 확인했다. 연구진은 레이저로 녹여 구조가 고른 단결정을 제조하는 레이저 부유 용융로를 사용해 고품질의 TbInO₃ 단결정을 합성했다. 이후 테라헤르츠 전자기파를 물질에 쪼여 광학전도도를 측정하는 분광실험을 수행했다. 그 결과, 특정 영역에서 광학전도도가 정확히 주파수 제곱에 비례함을 실험적으로 입증했다. 특히 영상 27℃ 수준의 실온에서도 광학전도도 비례 현상이 나타났다. 이는 TbInO₃가 상온에서도 QSL 특성을 구현할 수 있음을 실제 확인한 최초 사례다. 앞으로 연구진은 TbInO₃을 무오류 양자컴퓨터의 소자로 응용할 수 있는지 등을 더 연구할 계획이다. 이번 연구는 양자역학적 현상을 측정하고 분석할 수 있는 하나로 중성자산란시설 및 100 MeV 양성자가속기 등 원자력연이 보유한 대형 양자빔 연구시설을 활용했다. 2021년부터 양자소재 개발 연구를 수행해 QSL을 비롯해 반데르발스 층상소재, 양자자성체 등 50여건 이상의 양자 자성 소재를 합성하고 국내외 공동 연구를 진행하고 있다. 내년부터는 이번 연구결과를 바탕으로 무오류 양자컴퓨팅용 양자소재 개발 사업을 통해 무오류 큐비트 구현에 필요한 위상초전도 양자소재 개발을 추진한다. 김재욱 박사는 "이번 연구는 양자스핀액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례로, 향후 양자컴퓨팅 및 양자 센서 소자의 설계에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

2023.08.23 10:57한세희

LK-99 검증위 "시료 일부 제조···초전도성 측정 결과 아직 없어"

초전도저온학회 LK-99 검증위원회는 현재 국내 연구진에서 확보한 재현 시료에선 초전도성을 나타내는 측정 결과는 없다고 18일 밝혔다. 검증위는 이날 3차 서면 브리핑에서 "LK-99 제조공정에 따라 만들어진 불순물이 포함된 시료 및 불순물이 최소화된 단결정 시료를 일부 제조했다"라며 "확보한 재현 시료의 특성을 측정하고 있으며, 현재까지 초전도성을 나타내는 측정 결과는 없다"라고 밝혔다. 국내에서 시료 재현을 진행하는 그룹은 기존 서울대·성균관대·고려대 외에 부산대 양자물질연구소, 한양대 고압연구소, 성균관대 전자활성에너지소재연구실, 경희대 에너지소재양자물성연구실 등이 더해져 총 7곳이다. 이중 한양대 고압연구소가 국외에서 LK-99 주원료인 황산납을 확보했고, 이를 필요로 하는 다른 연구실에도 제공했다. 또 해외 연구진의 LK-99 검증 시도와 관련, 지난주 중국 후아종과기대와 독일 막스플랑크 연구소가 시료를 제작했으나 두 곳 모두 초전도 특성을 찾지 못 했다는 내용의 논문을 발표했다고 검증위는 밝혔다. 후아종과기대는 퀀텀에너지연구소의 LK-99와 유사한 특성을 보이는 시료를 제작했고, 막스플랑크 연구소는 LK-99 단결정 시료를 제작했다. 후아종과기대 시료는 LK-99 논문의 특성과 유사하게 저항의 급격한 변이, 자화율의 변이 등을 보였다. 하지만 저자들은 반도체 특성이 우세한 물질이라고 판단하고, 불순물이 없는 단결정 시료의 측정이 필요하다고 밝혔다. 그 뒤 발표된 막스플랑크 연구소 논문엔 불순물이 거의 없는 단결정 형태의 LK-99를 재현해 특성을 측정했으나 초전도 특성은 발견하지 못 했다는 내용이 담겼다. 최근 발표된 해외 검증 연구들은 LK-99 시료의 초전도 특성이 불순물인 구리황화물에 의한 특성을 오인한 것일 가능성이 있다는 의견을 제시하고 있다고 검증위는 설명했다. 검증위는 "(퀀텀에너지연구소 시료와 동일한) LK-99와 같은 조성 및 구조를 가진 시료의 제작이 상온초전도체임을 입증하는 것은 아니다"라며 "국내 연구진이 퀀텀에너지연구소의 LK-99와 동일한 시료를 제작해 논문의 실험결과들과 동일한 특성값들이 측정되는 경우에도 LK-99를 상온초전도체라 보기 어렵다는 기존 입장은 그대로 유지된다"라고 밝혔다.

2023.08.18 16:28한세희

[기자수첩] 상온 초전도체 열풍···이제 밈 과학의 시대인가

코로나19가 한창이던 2021년 증시에는 이른바 '밈 주식' 열풍이 불었다. 한물간 게임 유통 회사로 여겨지던 게임스탑 주식에 일부 기관들이 공매도를 시도하자 이에 맞선 개미 투자자들이 매수에 나서며 주가를 끌어올린 사례가 대표적이다. 이는 실제로 공매도를 시도한 금융사들에 타격을 주었을뿐 아니라 월가 전체의 변동성까지 뒤흔든 큰 사건이었다. 밈 주식은 주로 레딧같은 인터넷 커뮤니티에서 동조자를 모은 후 소셜미디어 등을 통해 걷잡을 수 없이 번져가는 모습을 보인다. 증시 전문가의 의견보다는 인터넷에 모인 사람들의 판단과 열정이 더 큰 역할을 한다. 우리나라에서도 서학개미들의 활약이 주식 시장에 상당한 영향을 미쳤다. 인터넷에서 생겨나 확대 재생산되는 정보나 지식, 의견, 열기, 화제성 등이 주류 시장을 뒤흔드는 것이다. 이런 움직임이 과학계에도 옮겨붙었다. 세계 최초의 상온·상압 초전도체 'LK-99'를 구현했다는 국내 연구진의 논문이 불을 당겼다. 피어리뷰를 거치지 않은 채 논문 사전공개 사이트에 올라온 논문이 우연히 '발견'되며 X(구 트위터) 등 소셜미디어에서 먼저 화제를 몰고 왔다. 국내에서도 인터넷 커뮤니티를 중심으로 폭발적 반응이 일어났고 관련 밈 이미지와 유머가 쏟아져 나왔다. 열풍이 커지면서 초전도 관련 기업들의 주가가 폭등하기 시작하자 신중하던 주류 과학계와 언론도 나서지 않을 수 없게 됐다. 일부 X(트위터) 사용자들이 연구의 중요성과 의미를 적극 전도하는 허브 역할을 해 열기를 확산한 것은 대형 인터넷 커뮤니티의 핵심 회원들이 큰 역할을 한 밈 주식 사태와 비슷하다. 사람의 마음에 공명할 스토리를 가진 점도 비슷하다. 게임스탑은 인터넷 커뮤니티 주요 사용자층인 30대 남성들이 추억을 공유하는 기업이라는 스토리가 있었다. LK-99는 비주류 연구자들이 오랜 시간 초야에 묻혀 연구하여 세계를 놀라게 할 획기적 성과를 주장하는 한편, 이들 사이 갈등과 분열의 모습도 엿보인다는 스토리를 가졌다. 이번 일은 '밈 과학' 이벤트라 봐도 무리가 없다. 이는 LK-99가 사실이 아니라는 의미는 아니다. LK-99의 주장은 동료 학자들에 의해 엄밀히 검증되어야 한다. 이런 검증을 거쳐 우리는 우주와 자연에 대해 조금 더 잘 알게 될 것이다. 그 결과는 세계를 바꿀 상온상압 초전도체일 수도 있고, 기존 이론으로 설명하기 어려운 새로운 현상일 수도 있다. 과학적 사실을 오해했거나 측정을 잘못한 것으로 판정날 수도 있다. 어쨌든 과학은 한발 더 나아갈 것이다. 그와 별개로 사회가 과학을 받아들이는 방식에 변화가 생긴 것은 분명해 보인다. 최근의 생성 AI나 과거 황우석 줄기세포 등 과학적 발견이 대중을 열광케 한 사건은 간혹 있었으나, 영향력 있는 학술지를 통해 권위를 업고 발표된 경우가 대부분이었다. 이번 일은 반대로 풀뿌리에서의 열광이 회의적이던 과학자들을 끌어들인 사례다. 긍정적 시선으로 보자면 과학이 집중할 연구 주제를 정하고 사회와 소통하는 새로운 방식이 생겼다고 볼 수 있다. 논문을 학회에 투고하고 몇달, 몇년씩 피어 리뷰를 거치는 과학계의 커뮤니케이션 방식은 당연히 일반인과는 무관해진지 오래다. 과학의 중요성은 커지는데 대중은 점점 과학에 소외되는 경향이 지속되면, 이런 일은 모습을 바꿔 언제든 다시 나타날 수 있다. 하지만 밈 현상의 열기는 그와 관련된 사람들의 냉정한 판단을 가로막는 부작용도 있다. 이미 초전도 관련 기업의 주가는 널뛰기를 하고 있다. 밈 주식 때와 마찬가지로 일부 사람이 큰 이익을 보고 많은 사람이 크건 작건 손실을 볼 것이다. 특히 일상적 직관과 종종 어긋나는 과학적 사실에 대한 탐구가 대중의 열기에 휩쓸리는 것은 바람직한 결과로 이어지지 않을 공산이 크다. 붐을 일으키는 열기만큼이나 꾸준하고 꿋꿋하게 연구하는 환경도 중요하다. 물론, 무언가가 밈 사건이 된다는 것은 어떤 형태로든 대중의 바람이나 욕망을 건드렸기 때문일 것이기에, 이런 흐름에서 과학자들이 자유롭기는 쉽지 않을 것이다. 고단한 일상에서 한번쯤 상온 초전도체 초강대국 대한민국을 상상하며 즐기는 것이 어찌 나쁜 일이겠는가? 지금 이 순간 LK-99를 재현하고 검증하는 국내외 과학자들의 충실한 노력을 응원한다.

2023.08.04 13:51한세희

LK-99 정말 '상온 초전도체'인가…국내 연구진이 검증한다

국내 연구자들이 최근 국내외 과학계를 달구고 있는 상온 초전도체 'LK-99'에 대한 검증에 나선다. 한국초전도저온학회는 퀀텀에너지연구소 등에 소속된 국내 연구진이 개발했다고 주장하는 LK-99의 진위 여부를 판명하기 위해 상온초전도 검증위원회를 구성하겠다고 2일 밝혔다. 위원장은 서울대 물리천문학부 김창영 교수가 맡았다. 학회는 "정상적 절차에 따른 국내외 연구기관의 검증 결과를 지켜보고자 했으나 최근 수일간 많은 논란이 있고 동료 연구자들에 의해 검증되지 않은 다른 주장들이 추가되는 상황"이라며 검증위원회 설치 이유를 밝혔다. 학회는 퀀텀에너지연구소가 제작한 시편을 제공하면 검증위원회에서 검증을 위한 측정을 할 계획이라고 밝혔다. 검증엔 서울대, 성균관대, 포항공대 등에 소속된 회원이 참여한다. 또 성균관대 양자물질 초전도 연구단, 고려대 초전도 재료 및 응용 연구실, 서울대 복합말질상태연구단 등에서도 LK-99 재현을 위한 연구를 진행 중이라고 밝혔다. 다만 학회는 현재 공개된 논문의 데이터와 영상을 기반으로 판단할 때 이 물질이 상온 초전도체라고 보기는 어렵다는 입장을 밝혔다. LK-99은 이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 오근호 한양대 명예교수 등으로 구성된 연구진이 개발한 물질이다. 이들은 최근 논문 사전공개 사이트인 '아카이브(arXiv)'에 상온·상압 초전도체를 세계 최초로 구현했다는 내용의 논문 2편을 발표, 세계 과학 커뮤니티에 큰 화제를 일으켰다. 이들은 납 기반 물질에 일부 구리 원자가 들어간 특수한 구조의 물질에서 상온 초전도 현상이 일어난다고 주장했다. 상온 초전도체를 구현했다는 과거 주장이 사실이 아닌 것으로 밝혀진 사례가 많은데다, 논문이 제시하는 데이터나 이론에 엉성한 부분이 많다는 이유로 과학계에선 아직 조심스러운 입장이다. 아카이브는 빠르게 피드백을 받거나 연구에 대한 선점을 주장하는 등의 목적으로 누구나 자유롭게 논문을 올릴 수 있는 사이트라 피어 리뷰도 거치지 않았다. 하지만 연구진이 논문에 LK-99의 성분과 조성, 제조법 등을 구체적으로 밝혔고, 비주류 이론에 근거를 두고 있기는 하나 20년 이상 초전도 현상을 연구해 왔다는 점에서 추가 검증이 필요하다는 여론도 만만치 않았다. 해외 연구진 여러 팀도 논문에서 주장된 내용의 검증에 나선 상태다. 지난달 31일(현지시간)엔 미국 국립 로렌스버클리연구소 시네아드 그리핀 연구원이 논문에 나타난 정보를 바탕으로 컴퓨터 시뮬레이션을 실시, LK-99의 구조가 초전도 현상을 일으키게 할 가능성이 있다는 내용의 논문을 아카이브에 공개했다. 중국 화중과학기술대학교 연구팀은 1일 LK-99 합성을 시도해 이 물질의 마이스너 효과를 검증했다는 내용의 영상을 중국 동영상 사이트 빌리빌리에 공개했다. 다만, 물체가 반자성을 띠며 공중에 뜨는 마이스너 효과는 검증했으나, 전기저항이 없는 상태까지는 구현하지 못한 것으로 알려졌다.

2023.08.02 16:47한세희

3D 프린터로 피부같은 전자 소자 인쇄···웨어러블 기기 한계 넘는다

스킨 일렉트로닉스는 사람 피부나 장기처럼 부드럽고 굴곡진 곳에 밀착해 붙여 쓰는 전자 장치다. 이를 활용하면 건강 신호를 보다 정확하게 모니터링할 수 있고, 신경회로 인터페이스 등을 통해 인간-기계 간 상호작용을 촉진하는 등 완전히 새로운 개념의 기기를 만들 수도 있다. 한국과학기술연구원(KIST)이 프린팅 공정 기술로 스킨 일렉트로닉스에 꼭 필요한 유연한 전도체를 사용자 맞춤형으로 인쇄하는 기술을 개발했다. 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업과 KIST 주요사업, 세종과학펠로우쉽 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 21일 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 표지논문으로 실렸다. 기존 공정은 유연하면서 복잡한 구조 만드는데 한계 스킨 일렉트로닉스는 피부처럼 부드럽고 유연하기 때문에 실리콘 기반 반도체 소자와 달리 인체에 밀착해 다양한 용도로 쓸 수 있다. 다만 사용자 신체와 사용 목적에 맞는 디자인을 자유롭게 구현할 맞춤형 공정이 필요하다. 또 집적도를 높이기 위해 복잡한 삼차원 회로를 구현해야 한다. 기존 반도체 공정이나 3D 프린팅 기술로는 다양한 곡면을 가지는 신체에 맞춰 자유롭게 변형가능한 회로를 제작하기 어려웠다. 복잡하고 실용적인 스킨 일렉트로닉스를 만들려면 다양한 삼차원 구조의 소프트 전도체가 필요한데, 기존 반도체 공정으론 부드럽고 늘어나는 전자소재를 삼차원 구조로 형성할 수 없다. 3D 프린팅 기술을 이용하면 주로 단단한 재료 위주로 삼차원 구조를 제작할 수 있다. 하지만 한층씩 적층하며 구조체를 만드는 방식이라 만들 수 있는 모양에 한계가 있다. 모양을 지지해주는 받침 구조 없이 미세한 전도체를 수직 방향이나 아치 모양으로 형성하는 것과 같은 복잡한 회로를 제작하기 어렵다. KIST, 소프트 전도체 삼차원 회로 인쇄 기술 개발 KIST 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 연구팀은 스킨 일렉트로닉스의 핵심 소재인 소프트 전도체를 삼차원으로 직접 그리는 기술을 개발했다. 또 이를 이용해 기계적 변형에도 안정적으로 동작하는 자유형상 스킨 일렉트로닉스를 발표했다. 기존 전도성 잉크로 3D 구조의 회로를 제작할 경우, 외부 충격이나 기계적 변형에 의해 쉽게 부서지거나 성능이 저하되는 문제가 있다. 연구팀은 잉크의 유화작용을 이용해 전방위로 자유로운 3D 프린팅이 가능하면서, 노즐이 막히는 문제도 줄일 수 있는 소프트 전도성 소재를 개발했다. 보통 소프트 전도체 잉크는 탄성력을 높이기 위한 고분자와 전도도를 높이기 위한 전도성 입자가 높은 농도로 혼합돼 있어 점도가 높다. 여기에 프린팅이 가능하도록 고분자를 녹이는 용매를 추가해 점도를 낮춘다. 그러다보니 인쇄 후 잉크가 구조를 유지하지 못하고 무너진다. 또 고체 입자 간 거리가 가까와지며 뭉침이 일어나 프린터 노즐을 막는다. 유화작용 이용···기존 구조 얽매이지 않는 새 폼팩터 기대 연구팀은 고분자를 녹이는 용매에 더해 고분자에 섞이지 않는 용매를 함께 사용한 유화액 형태의 잉크를 제작했다. 이를 통해 수직 방향 미세 기둥이나 아치, 스프링 등 다양한 형태의 전방향 3D 프린팅을 가능케 했다. 잉크를 여러 방향으로 인쇄해 기존 구조에 얽매이지 않는 구조를 만들 수 있다. 노즐을 막지 않아 안정성도 높다. 이를 통해 150% 이상 늘어나도 전도도를 높게 유지하는 소프트 전극을 전방위로 자유롭게 직접 그릴 수 있어, 복잡한 삼차원 신축성 회로를 사용자에 맞게 제작할 수 있다. 정승준 박사는 "잘 흐르는 액체가 좋은 잉크라는 생각에서 벗어나 새로운 종류의 잉크를 개발했다"라며 "이를 통해 기존 반도체 공정이나 3D 프린팅으로 구현할 수 없던 소프트하면서 삼차원 구조를 가지는 회로를 제작할 수 있었다"라고 말했다. 이 소재는 현재 관련 소재전문 기업을 통해 양산 가능성을 검토하고 있다. 웨어러블 및 생체 의학기기, 소프트 로봇, 프린팅 산업 분야에 활용이 기대된다. 정승준 박사는 "이 연구로 개발한 소프트 전극 소재 및 공정 기술은 기존 정형화된 전자기기의 디자인 한계를 넘어 새로운 폼팩터를 가지는 웨어러블 기기 제작에 기여할 것"이라며 "나아가 사물인터넷, 가상 증강 현실을 위한 인터페이스, 바이오 인터페이스 등 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. * 논문명: Omnidirectional printing of elastic conductors for three-dimensional stretchable electronics

2023.04.21 00:00한세희

양자 물질 새로운 상태, 국내 연구진이 발견했다

국내 연구자들이 새로운 양자 물질 상태를 발견했다. 동국대학교 임현식 교수 공동연구팀은 극저온 실리콘 금속에서 스핀 구름들의 응축 현상을 통해 새로운 양자 물질을 발견하고 규명했다. 금속에서 스핀 구름을 이용한 새로운 '보스-아인슈타인 응축' 현상을 발견한 성과다. 한양대 김은규·신상진 교수와 동국대 정연욱 교수 등이 함께 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(중견연구 및 기초연구실) 등의 지원으로 수행됐으며, 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 6일(현지시간) 게재됐다. 스핀 구름이란 금속이나 반도체 내에 형성된 자유 전자들이 자성을 가리는 현상이다. 도체나 반도체 안의 불순물이 스핀을 갖게 되면 스핀이 주위 자유 전자들에 의해 생성된 스핀 구름에 가려지는 '콘도 효과'가 일어난다. 스핀구름은 전기 저항이 없어 자기부상열차, 자기공명영상장치(MRI) 등에 활용 가능한 고온 초전도 현상에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 응집물질물리학 분야에서 스핀구름 형성과 이들 간 상호작용에 의한 새로운 양자 물질에 대한 연구에는 아직 난제가 많다. 연구팀은 양자컴퓨터 소자 관련 연구를 하던 중 우연히 실리콘 금속에서 그동안 학계에 보고되지 않은 특이한 신호를 발견, 이를 소자나 측정기기의 오류가 아닌 새로운 양자역학적 물질일 것이라 생각하고 연구를 시작했다. 스핀구름 연구는 극저온에서 측정해야 하는 제약 등 여러 실험적 어려움과 해석의 한계 때문에 선행 연구가 극히 적었지만, 연구팀은 포기하지 않고 2015년부터 연구를 지속해왔다. 그 결과, 실리콘 금속에서 관측된 것은 물질의 상(相) 중 고체·액체·기체·플라스마에 이어 1990년대 발견된 '보스-아인슈타인 응축' 상태 특성을 갖는 새로운 물질임을 분광학 및 전기 전도도 측정을 통해 밝혀냈다. 보스-아인슈타인 응축 상태란 광자나 헬륨-4 같은 보손 입자들이 극저온에서 같은 에너지 상태를 공유해 새로운 물질 상태가 되는 현상을 말한다. 온도가 내려가면 활발히 움직이던 보손 입자들이 빠르게 움직이는 단일 입자의 기체 상태에서 점점 액체같이 응축된 상태가 되고, 결국 새로운 양자역학적 특성이 나타나게 된다. 인도 과학자 사티엔드라나타 보스와 알버트 아인슈타인이 이론적으로 예견했었다. 실리콘에 인을 많이 도핑한 실리콘 금속을 이용해 영하 272.15℃의 극저온에서 스핀 구름들을 응축하면 새로운 양자 물질이 존재할 수 있음을 세계 최초로 발견하고 규명하는 데 성공한 것이다. 이번 연구는 금속 및 반도체에서 스핀-스핀 상호 작용을 이해하고 고온 초전도체를 포함한 다양한 강상관계 물질을 연구하는 데 기여할 것으로 기대된다. 강상관계 물질이란 구성 입자들이 강하게 상호작용을 해 일반적인 도체나 부도체에서 보이지 않는 특이한 현상을 나타내는 물질을 말한다. 또 굉장히 낮은 온도에서 전기전도도가 변한다는 점을 활용해 고정밀 센서로 활용하거나, 스핀구름의 상태를 제어해 양자컴퓨터 큐비트 소자에 응용할 수도 있으리란 기대다. 임현식 교수는 "이번 연구를 통해 또 다른 양자 응축상태를 생성하고 제어할 수 있다면 양자 소자 기술에 적용 가능할 것으로 기대된다"라며 "후속 연구를 통해 순수 금속에서 스핀 구름들의 농도 변화에 대한 다양한 스핀 구름의 물성을 이해하는 것이 중요하다"라고 밝혔다.

2023.02.07 01:00한세희

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