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. 충청권 광역철도·국도32호선 대체우회도로 건설 '고비 넘었다'
  2. 천안시 인구 71만명 돌파
  3. 충청권 시·도지사 李대통령에 핵심 현안 관철 촉구
  4. 한밭대 총장선거 3파전…‘연구·재정·산학협력’ 해법 경쟁
  5. '교육예산 확대→축소' 달라진 최교진? 지방교육교부금 개편 파장
  1. 충남대병원 구윤서·권은진 교수, 어지럼 진단부터 치료·재활 플랫폼 개발 착수
  2. '5극3특 성장엔진'에 충청권, 차세대 반도체·디스플레이, 고부가 바이오 의약·소재 등 4개 선정
  3. 충청권 학생 2만명 감소… 초등생 급감이 주도
  4. 누리호 5호기 발사 '카운트다운'…소자·부품 우주검증 '대전샛' 곧 고흥으로
  5. 세종기후·환경네크워크, 폭염 취약계층 지원 눈길

헤드라인 뉴스


대전시 지역화폐,  온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐, 온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐가 민선 9기 출범과 함께 '온통대전 2.0'이 옷을 갈아 입고 더 큰 혜택으로 재개된다. 앞서 대전시는 재정 부족으로 지역화폐 캐시백 지급을 중단했는데, 민선 8기 출범 이후 예산을 확보해 9월부터 연말까지 캐시백을 지급할 방침이다. 허태정 대전시장은 27일 시청 브리핑실에서 기자회견을 열고 "2024년 기준 대전지역 소상공인 폐업률이 전국 광역자치단체 중 두 번째인 10.4%에 이를 정도로 자영업자들이 어려움을 겪고 있다"면서 "지역경제에 활력을 불어넣고 시민에 소비 기회를 줄 수 있도록 온통대전 2.0을 지역 순..

기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나
기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나

기준금리가 두 달 연속 0.25%씩 인상된 3%까지 올라서면서 50조 원을 넘어선 충청권 시중은행 가계부채에 건전성 관리에 적신호가 켜졌다. 이미 주택담보대출 금리 상단이 7%대를 넘어선 상황에서 기준금리 인상까지 겹치며 8%대를 웃돌 수 있다는 전망이 나오는 나오는데, 가까스로 잡힌 연체율이 재차 상승할 수 있다는 우려도 나온다. 한국은행 금융통화위원회는 27일 기준금리를 연 2.75%에서 3%로 0.25%포인트 인상했다. 7월 0.25%포인트 인상한 데 이어 두 달 연속 금리를 올렸다. 곧바로 연달아 금리를 올린 건 이번이 처음..

정부 `국도·국지도 건설 계획` 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 `역대 최대 규모`
정부 '국도·국지도 건설 계획' 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 '역대 최대 규모'

충남도가 국도·국지도 건설 8개 사업에 대한 예비타당성조사(이하 예타)를 일괄 통과하면서 역대 최대 규모의 교통망 확충 예산이 반영될 예정이다. 도는 이번 예타에 통과하지 못한 4곳에 대해서도 추후 반영될 수 있도록 행정력을 집중한다는 방침이다. 홍종완 도 행정부지사는 27일 도청 프레스센터에서 기자회견을 열고 "국토부 제6차 국도·국지도 건설계획(2026~2030년) 후보 사업 중 8개 사업이 기획예산처 일괄 예타를 통과했다"고 밝혔다. 이번에 예타를 통과한 사업은 ▲당진 정미-송악(1593억 원) ▲공주 신영-문금(1389억 원..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’ 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’

  • ‘청렴문화 함께 만들어요’ ‘청렴문화 함께 만들어요’

  • ‘온통대전 2.0’ ‘온통대전 2.0’

  • 배롱나무와 유회당 배롱나무와 유회당