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. 단양 '시루섬 기적의 다리' 14일부터 유료 전환…성인 2천 원
  2. 2030년 완성기 맞는 세종시… 읍면동 활력 도모 방안은
  3. 이번엔 대동교… 트램 공사로 15일부터 왕복 2차로 축소
  4. 천안지역 택시 운수종사자 조합, 택시통합·행복콜 폐지 성토...'사회적 합의 우선'
  5. 국립한밭대 연구자 11명, 세계 상위 2% 과학자 선정
  1. 예산 대술면, 주민 400여 명 함께한 '내꽃향 축제' 성황리 마무리
  2. 성심당에 담긴 대전의 시간, 대학생들의 시선으로 풀어내다
  3. 대전 대동2지구 공공분양 계약 부진… LH, 공인중개사 활용 나서
  4. 대덕구의회 파행에 뿔난 주민과 단식 돌입한 김찬술 구청장
  5. 서산 온가족축제, 추억의 교복부터 맷돌커피까지, 10월 31일 '레트로 여행' 떠난다

헤드라인 뉴스


세종 2031년까지 중앙행정기관 44곳 이전… 행정수도 발돋움

세종 2031년까지 중앙행정기관 44곳 이전… 행정수도 발돋움

정부가 2031년까지 수도권 소재 중앙행정기관 등 44개 기관의 세종 이전을 추진하면서, 세종시는 국가 균형발전을 견인하는 명실상부한 행정수도로 도약할 중대한 전기를 맞게 됐다. 수도권 일극체제를 종식하고 세종시를 실질적인 국정운영의 중심으로 만들기 위해 사실상 모든 중앙부처를 집결시키겠단 의지다. 정부는 임시 청사를 활용하는 27개 기관을 2027년부터 단계적으로 이전하고, 나머지 17개 기관은 2031년까지 독립 청사를 신축 후 순차적으로 이전할 방침이다. 특히 정부가 '행복도시법'상 이전 제외기관으로 규정된 외교·통일·국방·법..

與野 코레일 철도공단 국감 KTX·SRT통합 대립각
與野 코레일 철도공단 국감 KTX·SRT통합 대립각

국회 국토교통위원회 한국철도공사·국가철도공단 국정감사에선 KTX와 SRT의 고속철도 통합 운행을 둘러싸고 여야가 대립각을 세웠다. 여당인 더불어민주당은 두 회사의 통합으로 철도 이용객 편의 증대와 운임 인하 효과가 있었다고 호평했다. 반면, 보수야당인 통합의 절차적 정당성을 확보하지 못한 졸속 추진이라고 혹평하며 공세를 퍼부었다. 더불어민주당 염태영 의원은 "통합 운영 시작 이후 하루 평균 이용객이 전년 대비 12% 늘고 수서축 이용객은 28%가량 증가했으며, 국민 교통비 부담도 약 228억원 절감됐다"며 "국민이 체감할 수 있는..

[2026] 국감] 지식재산처 국감, `라방 위조상품 판매` 등 쟁점
[2026] 국감] 지식재산처 국감, '라방 위조상품 판매' 등 쟁점

13일 정부대전청사에서 진행된 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회의 지식재산처 국정감사에선 최근 라이브 방송을 통한 위조 상품 판매와 AI를 무단으로 악용하는 상업 서비스 등에 대한 대응 방안이 쟁점으로 다뤄졌다. 우선 더불어민주당 김원이 의원은 "예전에는 오프라인에서 은밀하게 위조상품을 판매했다면 이젠 인스타그램, 유튜브, 틱톡 등 해외 온라인 플랫폼에서 라이브 방송을 타고 위조 제품이 널리 퍼지고 있다"며 해외 SNS 라이브 방송을 통한 위조 상품 거래 실태와 지식재산처의 단속 및 대응 체계를 점검했다. 김 의원에 따르면 위조상품..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 어르신들의 신중한 한수 어르신들의 신중한 한수

  • 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’ 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’

  • 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회

  • 대덕구의회 파행에 뿔난 주민과 단식 돌입한 김찬술 구청장 대덕구의회 파행에 뿔난 주민과 단식 돌입한 김찬술 구청장