100년 만에 위상학적 첫 발견… 온도 따라 액정 결함 변화 규명

  • 경제/과학
  • 대덕특구

100년 만에 위상학적 첫 발견… 온도 따라 액정 결함 변화 규명

  • 승인 2017-06-01 18:07
  • 신문게재 2017-06-02 1면
  • 최소망 기자최소망 기자


KAIST, 액정 결함의 변이 과정 관찰에 성공

우주 비밀 풀리나 관심 집중


액정 결함 연구가 시작된 지 약 100여년 만에 온도에 따라 액정 결함이 변화하는 과정이 규명됐다.

KAIST(한국과학기술원)는 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀이 액정의 결함이 온도에 따라 변화하는 과정을 규명했다고 1일 밝혔다.

액정 결함 연구는 20세기 초부터 위상기하학을 연구하는 물리ㆍ수학자들로 진행됐지만 결함의 형태 전이를 세밀하게 관찰한 것은 이번이 처음이다.

이번 발견은 위상학적으로 우주에서 발생하는 블랙홀과 같은 위상학적 현상과 비슷한 구조를 갖아 우주의 원리를 연구하는 데 도움이 될 것으로 전망된다.

일반적으로 액정 재료는 손쉬운 배향 제어, 빠른 반응속도, 이방적(anisotropic)인 광학 특성이 있어 액정표시장치(LCD)나 광학 센서 등에 사용된다.

이때 액정의 결함을 최소화하는 것이 성능 측면에서 유리하나 물질 특성상 액정의 결함은 불가피하다.

연구팀은 이 결함을 단순히 없애는 데만 집중하지 않고 결함의 구조를 이해하고 형성 원리를 명확하게 규명하는 기초연구에 집중했다.

액정재료의 위상학적 결함이 안정적으로 발생하는 플랫폼을 구성해 온도 변화에 따른 상전이(phase transition)를 직접적으로 관찰했다.

위상학적 결함의 상전이는 지난해 노벨물리학상의 주제이기도 할 만큼 기초과학 분야에서 중요하다.

우주 은하의 위상학적 구조적 원리도 이에 기본이 되는 분야지만, 연구하기에 범위가 넓고 시간이 오래 걸린다.

하지만, 연구팀이 만든 플랫폼의 위상학적 결함 구조는 광학 현미경으로 관찰할 수 있는 수준의 크기로 결함의 상전이가 일어나는 시간도 수초에서 수분 단위이기 때문에 관찰이 쉽다.

여기서 액정 재료들이 형성하는 결함 구조는 특이점(singularity) 한 개를 중심으로 방사형, 원형, 나선형 등의 형태를 보인다.

우주 블랙홀의 중심부에 해당하는 곳이다.

액정 재료는 일반적으로 딱딱한 두 유리판 사이에 모세관 현상을 통해 주입해 그 시료를 준비한다.

그러나 유리판처럼 단단한 기판은 표면효과 때문에 액정 물질의 움직임을 제한해 결함의 상전이를 관찰하는데 한계가 있었다.

연구팀은 물 위에 기름이 떠다니는 현상을 이용해 물 위에 얇은 액정재료 막을 형성해 액정 분자 움직임이 자유롭게 조성했다.

여기에 온도를 변화시켜 구조체를 구성하는 분자와 분자 사이의 미세한 상호작용이 기판에 의한 표면효과보다 훨씬 커 위상학적 결함의 상전이를 연속적, 직접적으로 관찰할 수 있었다.

윤동기 교수는 “연구에 대한 발상의 전환을 통해 남들이 보지 못한 것을 볼 수 있었다”며 “액정 결함에 대한 이번 연구 결과는 산업적 측면뿐 아니라 기초 학문에 세계적 공헌을 할 수 있을 것이다”고 말했다.

김민준 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 지난 30일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다. 최소망 기자somangchoi@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 천안시, 천안삼거리초서 '아침밥 먹기' 캠페인 전개
  2. 유성경찰서·유성구보건소, 정신질환자 위기대응 협력 강화
  3. 방과 후에도 이어지는 배움과 돌봄…대전 초등학교 2곳 전국서 인정
  4. 한국수자원공사(K-water) 제17대 양승조 사장 취임
  5. 화제 드라마 ‘100일의 거짓말’ 실제 무대, 논산 선샤인랜드 ‘시간여행 테마파크’ 재탄생
  1. 대한민국 청소년 국가대표 선수단, 그리스 오픈 태권도 대회서 압도적 기량 과시
  2. 천안시, '제30회 전국농아인대회' 성료…권익 증진·화합 다져
  3. 천안문화재단, 24일 '지식공유포럼' 개최
  4. 천안시, 청년농업인과 협업 빛났다…농업인 안전 캠페인 공모전 '우수'
  5. 한기대 김상연 교수, 'AsiaHaptics 2026' 공동 조직위원장 맡아

헤드라인 뉴스


충남대 통합 재추진, 학생 권익 보장이 관건…16일 통합추진위서 재투표 일정 확정

충남대 통합 재추진, 학생 권익 보장이 관건…16일 통합추진위서 재투표 일정 확정

충남대가 국립공주대와의 통합을 재추진하는 가운데 학생사회가 재투표 방식 개선과 통합 이후 권익 보장을 요구하면서, 대학본부가 내놓은 보완책이 구성원들의 동의를 얻어낼 수 있을지 관심이 쏠리고 있다. 충남대는 통합신청서 원안은 유지하면서 구성원 권익 보호 대책을 보완하는 방향을 택했다. 15일 충남대에 따르면 대학본부는 16일 오후 열리는 통합추진위원회에서 충남대 구성원을 대상으로 한 재투표 일정을 심의·확정할 예정이다. 현재 중앙선거관리위원회 온라인투표시스템을 활용해 3일간 투표를 진행하는 방안이 실무 차원에서 마련됐다. 지난 9월..

AI활용 시헙 부정행위 `주의보`... 수능 비상 경고등
AI활용 시헙 부정행위 '주의보'... 수능 비상 경고등

올해 세무사 자격시험 수석 합격자가 인공지능(AI) 기능이 탑재된 '스마트안경 부정행위'를 인정하고, 최근 중고교 내신시험과 대학 중간·기말고사에서 스마트안경을 이용한 부정행위가 잇따라 적발됐다. 당장 오는 19일 치러지는 대학수학능력시험에서 AI 부정행위 시험 관리에도 비상이 걸렸다. 올해 세무사 자격시험 수석 합격자가 '스마트안경 부정행위' 의혹을 받자 부정하다 최근 부정행위를 인정하고 경찰에 자수했다. 수석 합격자 A씨는 15일 자신의 법률대리인인 법무법인 노바 이돈호 변호사 유튜브에 출연해 "저는 세무사 1, 2차 시험에서..

은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰
은행권 모기지보험 가입 문 연다... 대출 문턱 낮춰

은행권이 그동안 주택담보대출 규제로 중단했던 모기지보험 가입 문을 열고 있다. 모기지보험 미가입 시엔 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해 사실상 대출 한도가 줄었으나, 일부 은행권에서 가입을 재개하면서 대출 문턱이 낮아지는 모습이다. 15일 금융권 등에 따르면 하나은행은 고정형 주택담보대출 모기지보험 제한을 해제한 데 이어 변동형 주담대에 대한 모기지보험(MCI·MCG) 취급을 재개했다. MCI·MCG는 주택담보대출과 동시에 가입하는 보험으로 기존엔 이 보험이 없으면 소액 임차보증금을 뺀 금액만 대출이 가능해졌으나 가입을 열..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전 중등부 6강 2026 청양군수배 풋살 최강전 중등부 6강

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전 여자부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전 여자부 예선

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 3~4학년부 예선

  • 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선 2026 청양군수배 풋살 최강전…초등 5~6학년부 예선