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. 대전시 공무원 숨진 채 발견..."건물서 추락 추정"
  2. '중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부'도 세종행 초읽기
  3. 세종시, 27년 정부 예산안에 1.83조 반영… 미완의 과제는
  4. 경찰청장 대규모 전보 인사… 충청권 충남 이서영·충북 박종섭 임명
  5. 대전 국비 반영 '역대 최대'에도…어린이재활병원·중수청 등 확보 노력 절실
  1. 자동차와 예당호가 만난다
  2. [르포] 신호에 쫓기는 노인들…전통시장 횡단보도 ‘아슬아슬’
  3. 충청권 첫 '국비 30조 시대' 열었다…핵심 현안 추진 탄력
  4. 국정자원 화재서 드러난 ‘배터리 정보 공백’… 3일부터 소방 자료조사 강화
  5. 제7회 대전여성영화제 We Light, We Reflect : 우리는 서로를 비추고

헤드라인 뉴스


2차 공공기관 이전안 4분기 윤곽… 세종 유치 가능성은?

2차 공공기관 이전안 4분기 윤곽… 세종 유치 가능성은?

정부가 2027년 공공기관 2차 이전을 추진하기로 하면서, 세종시도 행정수도 기능 강화를 뒷받침할 공공기관 이전 대상에 촉각을 세우고 있다. 올 4분기 내 발표가 예고된 공공기관 이전은 혁신도시를 중심으로 이뤄질 전망이지만, 43개 중앙행정기관과 16개 국책연구기관을 품고 있는 세종으로선 이전 연계 시너지를 기대하고 있다. 시는 현재 입주한 공공기관 26곳에 더해 기관 간 집적화 시너지를 극대화할 수 있는 유치 전략을 검토하며 실무 작업에 힘을 쏟고 있다. 이에 따라 향후 어떤 기관들이 세종에 추가로 자리 잡을지 주목된다. 3일 세..

전세 밀어내는 월세… 충청권 아파트도 ‘월세화’ 가속
전세 밀어내는 월세… 충청권 아파트도 ‘월세화’ 가속

주택 임대차 시장의 '전세의 월세화'가 수도권을 넘어 충청권을 비롯한 지방으로 빠르게 번지고 있다. 원룸이나 빌라 등 비아파트에서 주로 나타났던 월세 중심의 임대차 구조가 아파트까지 확산하는 모습이다. 충청권에서는 대전과 충남·북의 아파트 월세 거래가 이미 전세를 넘어섰다. 전세 물량이 줄어드는 가운데 대출 규제와 금리 부담까지 겹치면서 목돈이 필요한 전세 대신 월세나 반전세를 선택하는 수요가 늘어난 영향으로 풀이된다. 3일 부동산업계 등에 따르면 지난해 전국 아파트 전월세 거래 114만 7423건 중 월세는 53만9028건으로 4..

`중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부`도 세종행 초읽기
'중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부'도 세종행 초읽기

법무부와 성평등가족부의 세종시 우선 이전에 이어 통일부와 외교부도 2029년과 2033년 세종 대통령실·국회의사당 완공 시점 사이에 추가 이전 대상에 오른다. 행정안전부 소속 중대범죄수사청(6대 범죄)과 경찰청, 법무부 소속 공소청(공소·영장 청구) 역시 행정수도 완성 취지에 따라 세종시에서 신청사를 연다. 앞서 언급한 '법무부·성평등부' 아전 관련 기사는 본보의 해당 기사 링크()를 통해 확인 가능하다. 윤호중 행정안전부 장관은 3일 오전 11시 정부서울청사에서 행정·공공기관 이전 및 공공기관 기능개혁 관련 기자회견을 갖고, 이..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘자전거 안전하게 탑시다’ ‘자전거 안전하게 탑시다’

  • 추석 앞두고 벌초 한창인 국립대전현충원 추석 앞두고 벌초 한창인 국립대전현충원

  • 수능 전 마지막 모의평가…집중하는 수험생들 수능 전 마지막 모의평가…집중하는 수험생들

  • 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’ 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’