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. ‘도마 퀸’ 여서정, 금빛 질주 이어간다.
  2. 국군의날 기념행사를 '국민과 함께' 원년되나
  3. 서산해미읍성, 600년 시간의 문 활짝, "서산의 맛과 사람들 한자리에"
  4. 예산장터 삼국축제 10주년…'린' 소주 20만 병에 축제 홍보
  5. 아산시, 신동 곡교천로 진입도로 개통
  1. 상용화 문턱에서 좌절 '자기부상열차' 역사속으로
  2. [춘하추동] 콜레스테롤은 억울하다?
  3. 건양대목원대 등 충청권4개 대학, AI중심대학 선정
  4. 승용차가 지상 개폐기 들이받고 운전자 도주...일대 2시간여 정전
  5. 생명은 어떻게 유지되고, 어떻게 꺼지는가

헤드라인 뉴스


"30년 시민혈세 따져보자"…대전시민사회, 수소트램 재검토 촉구

"30년 시민혈세 따져보자"…대전시민사회, 수소트램 재검토 촉구

대전시가 도시철도 2호선 트램 급전방식 변경을 고심 중인 가운데, 지역 시민사회가 현행 방식인 '수소트램'을 원점에서 재검토할 것을 촉구했다. 특히 현행 수소트램의 선정 과정과 장기 운영비, 2030년 개통 가능성까지 시에 전면적인 검증을 요구했다. 대전시민사회단체연대회의는 30일 대전시청 북문 앞에서 기자회견을 열고 "시민의 세금으로 30년을 감당할 사업이라면 그 결정의 근거도 시민 앞에 놓여야 한다"며 수소트램 선정과 차량계약 과정에 대한 투명한 정보 공개를 대전시에 요구했다. 이날 시민사회가 우선 문제로 꼽은 것은 민선 8기..

대전시청 선수들 아시안게임 금 4개 합작 금의환향… 오상욱은 2관왕
대전시청 선수들 아시안게임 금 4개 합작 금의환향… 오상욱은 2관왕

2026 아이치·나고야 아시안게임에서 금메달 4개를 합작한 대전시청 소속 선수들이 금의환향했다. 30일 대전시에 따르면 펜싱 오상욱·박상원·최세빈과 근대5종 이종현이 이번 대회에서 잇따라 메달을 획득했다. 오상욱은 남자 사브르 개인전과 단체전에서 모두 금메달을 따내며 대회 2관왕에 올랐다. 박상원도 남자 사브르 단체전에서 오상욱과 함께 정상에 올랐고, 최세빈은 여자 사브르 단체전 금메달을 목에 걸었다. 근대5종 이종현은 남자 단체전에서 금메달을 획득한 데 이어 개인전에서도 동메달을 추가했다. 대전시청 소속 선수들은 이번 대회에서 금..

초고령화로 농협 조합원 10명 중 8명은 60세 이상… `기반 흔들`
초고령화로 농협 조합원 10명 중 8명은 60세 이상… '기반 흔들'

초고령화에 따라 농업협동조합 조합원 10명 중 8명은 60대 이상으로 나타났다. 신규 가입 조합원 역시 40대 미만은 7%대에 불과해 농협의 기반이 흔들리고 있다. 국회 농림축산식품해양수산위원회 국민의힘 강승규 의원(충남 홍성·예산)이 농협중앙회의 조합원 현황을 분석해 30일 제공한 자료에 따르면, 2026년 8월 기준 농협 조합원은 모두 202만 8464명으로 집계됐다. 2021년 208만 7359명에서 2022년 207만 6055명, 2023년 206만 3765명, 2024년 204만 6229명, 2025년 202만 7481명으..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 안전하고 세련된 모습으로 바뀐 무궁화호 안전하고 세련된 모습으로 바뀐 무궁화호

  • ‘대전시는 수소트램 원점 재검토하라’ ‘대전시는 수소트램 원점 재검토하라’

  • 금빛으로 빛난 대전의 영웅들 금빛으로 빛난 대전의 영웅들

  • ‘나이는 숫자일 뿐’ ‘나이는 숫자일 뿐’