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. 박종원 민주당 담양군수 후보, 유권자 금품살포 논란
  2. 대전시장 후보자 토론회
  3. "꽃보다 출동조끼"… 부부의 날 앞두고 만난 의용소방대 부부
  4. 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검
  5. [기고] 오래된 시간을 지키는 일, 21세기 소방의 역할
  1. 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔
  2. K-water 금강유역본부, 선제적 물 재해 대응 본격화
  3. 갈수록 악화되는 학생 마음건강, 세종교육청 '사회정서교육' 온 힘
  4. 충청권 5·18 민주화운동 참여 28명 유공자 인정 눈길…시민적 관심 필요
  5. 밝은누리안과병원, 환자 맞춤 봉사 실천한 장기근속자 포상

헤드라인 뉴스


여야 대표 충청 총출동… "내란 청산" vs "독재 견제" 대충돌

여야 대표 충청 총출동… "내란 청산" vs "독재 견제" 대충돌

더불어민주당 정청래 대표와 국민의힘 장동혁 대표가 21일 6.3 지방선거 최대 격전지 충청권을 나란히 찾아 민심 잡기에 나섰다. 충청을 잡아야 선거에서 이길 수 있다는 정치권 불문율 속 여야 선봉장들이 이날 각각 내란청산과 정권 견제 프레임을 들고 대전에서 출정식을 연 것이다. 공식선거운동 첫날부터 여야가 충청권에서 대충돌 하며 본격 세(勢) 대결에 돌입한 것인데 금강벨트에서 밀리면 안 된다는 절박감을 반영한 것으로 풀이된다. 국민의힘은 이날 오전 10시 대전역 서광장에서 '6·3 대전시민 승리 출정식'을 열었다. 출정식에는 이장우..

삼성전자 노사 성과급 합의 `후폭풍`…  주주단체 "주주이익 침해" 결집 예고
삼성전자 노사 성과급 합의 '후폭풍'… 주주단체 "주주이익 침해" 결집 예고

삼성전자 노사가 극적인 합의로 총파업 위기는 넘겼지만, 합의 내용이 알려지면서 후폭풍이 거세지고 있다. 지역 경영계는 반도체 호황이라는 특수성을 노동계 전반의 기준으로 일반화해서는 안 된다고 우려했다. 특히 실적이 부진한 사업부에도 성과급이 지급되는 것에 대해 비판의 목소리도 나온다. 21일 공개된 삼성전자 노사의 '2026년 성과급 노사 잠정 합의서'에 따르면 노사는 기존 초과이익성과급(OPI) 제도를 유지하되 디바이스솔루션(DS) 부문에 특별경영성과급 제도를 신설하기로 합의했다. 특별경영성과급은 노사가 합의해 선정한 사업성과의..

대통령 관심 높은 `K팝 공연장` 충청권도 공약 쏟아져
대통령 관심 높은 'K팝 공연장' 충청권도 공약 쏟아져

이재명 대통령이 "국가상징 (K팝) 공연장이 필요하다"며 5만석 이상 규모 공연장의 추진을 거듭 지시한 가운데 지방선거에 나선 충청권 후보들도 관련 공약을 내놓아 주목을 끈다. 이 대통령은 20일 청와대에서 열린 국무회의 겸 비상경제점검회의에서 '취임 1주년 국정성과'를 보고 받으면서 문화체육관광부에 "K팝 공연장 확보는 어떻게 되고 있나. 대규모 공연장을 새로 지어야 할 것 아닌가"라고 주문했다. 이 대통령은 5만석 규모의 공연장이 몇개 필요하다면서 현재 2~3만석 규모로 짓고 있는 공연장에 대해 아쉬움을 드러냈다. 문체부가 공개..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 13일간의 지방선거 유세전 시작…‘우리 후보 뽑아주세요’ 13일간의 지방선거 유세전 시작…‘우리 후보 뽑아주세요’

  • ‘중원을 잡아라’…여·야대표 충청 총출동 ‘중원을 잡아라’…여·야대표 충청 총출동

  • 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검

  • 대전시장 후보자 토론회 대전시장 후보자 토론회