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. 대전 미래 10년 도시철도 밑그림 완성... 민선 9기 전략 중요
  2. [민선9기 출범] 협치 절실한데…대전 與野 연일 '신경전'
  3. [민선9기 출범] 대전충남 행정통합 방정식 찾기
  4. [민선9기 출범] 충청권 재정난 극복 행정수도 완성 과제 산적
  5. [민선9기 출범] 대규모 투자사업 등 줄줄이 구조조정 불가피
  1. [민선9기 출범] 대전시의회 거수기 우려 원구성 내홍 최소화 과제
  2. [월요논단] 그냥 그렇다는 이야기
  3. 무더위 날리는 음악분수
  4. [사설] 충청 'AI 데이터센터' 유력, 문제 없나
  5. [오늘과내일] 지석영과 국문 연구

헤드라인 뉴스


삼성·하닉, 81조 투자 충청권 반도체 패키징 거점 육성

삼성·하닉, 81조 투자 충청권 반도체 패키징 거점 육성

이재명 국민주권정부가 29일 인공지능(AI) 시대, 미래 반도체 시장을 선점하기 위해 충청권을 '반도체 패키징'(Ssemiconductor Packaging: 반도체 칩을 탑재할 기기에 맞는 형태로 만드는 기술) 거점으로 육성하는 내용을 담은 '대한민국 대도약 3대 메가 프로젝트'를 발표했다. 정부는 이날 오후 이재명 대통령 주재로 청와대에서 대한민국 대도약 3대 메가 프로젝트 국민보고회를 열고, 반도체와 AI 로봇 등 피지컬 AI, AI 데이터센터 등 3대 분야의 대규모 투자계획과 전력·입지 등의 인프라 확충방안을 공개했다. ▲반..

주담대 금리 상승세에 충청권 차주들 `한숨`... 고정·변동형 셈법 복잡
주담대 금리 상승세에 충청권 차주들 '한숨'... 고정·변동형 셈법 복잡

주택담보대출 금리 상승세가 이어지면서 충청권 차주들의 한숨도 깊어지고 있다. 고정형 주담대 금리가 2025년 10월 이후 8개월 연속 오름세를 보이는 데다, 변동형을 택한 차주들도 기준금리 인상 가능성이 제기되면서 이자 부담에 대한 우려가 커지고 있어서다. 29일 한국은행 대전세종충남본부가 발표한 '2026년 4월 중 대전·세종·충남 금융기관 여수신 동향' 보고서에 따르면 대전·세종·충남 시중은행 주택담보대출 잔액은 상승 추세를 지속하고 있다. 지역별로 보면, 대전의 예금은행 주택담보대출 잔액은 4월 491억 원 증가한 17조 59..

내달 충청권 2180세대 분양… 대전·충북은 공급 없어
내달 충청권 2180세대 분양… 대전·충북은 공급 없어

내달 충청권에선 2180세대가 분양에 나설 것으로 전망된다. 이번 충청권 분양은 충남과 세종에 예정돼 있으며, 대전과 충북은 분양 소식이 없다. 29일 직방에 따르면, 7월 전국 아파트 분양예정 물량은 총 2만 9671세대로 집계됐다. 이는 전년 동월 실적(2025년 7월 2만 2793세대) 대비 약 30% 증가한 규모다. 일반분양 역시 1만8554세대에서 2만1679세대로 약 17% 증가할 것으로 보인다. 지역별로 보면 수도권은 총 2만 252세대로 전체 물량의 약 68%를 차지한다. 지방은 9419세대가 공급될 예정이다. 지역별..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘끝까지 찾고, 끝까지 예우한다’…6·25 전사자 발굴유해 합동안장식 ‘끝까지 찾고, 끝까지 예우한다’…6·25 전사자 발굴유해 합동안장식

  • 내달부터 지하철에 리튬배터리 구동 탈 것과 대용량 리튬배터리 반입 제한 내달부터 지하철에 리튬배터리 구동 탈 것과 대용량 리튬배터리 반입 제한

  • 무더위 날리는 음악분수 무더위 날리는 음악분수

  • 석유 최고가격제 첫 인하…저렴한 주유소로 몰리는 차량들 석유 최고가격제 첫 인하…저렴한 주유소로 몰리는 차량들