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. 고유가 피해지원금 신청 시작… 지원금 사칭 피싱 주의보
  2. 세종 '낙화축제' 도시 특화 브랜드 우뚝… 10만 인파 몰렸다
  3. [6·3지선 후보 대진표] 충청 4개 시·도 광역의원, 비례의원
  4. 세종형 시그니처 '낙화축제' 눈길… 보완 과제도 분명
  5. 카스테라, 피자빵으로 한끼…일부학교 급식 차질 현실화
  1. 출연연 노동이사제 도입 이재명 정부 땐 실현될까… 과기연구노조 "더 미룰 수 없어"
  2. 대전교육감 선거 후보 등록 마감…5명 본선행 확정
  3. 교수·연구자·시민 첫 충청권 345㎸ 송전선로 토론회
  4. [인터뷰]"폭염중대경보 시 중단·이동·확인, 3대 수칙 실천을"
  5. [월요논단] 총성과 함성 사이, 북중미 월드컵이 던지는 평화의 패러독스

헤드라인 뉴스


선거철 또  ‘노쇼 사기’  고개…당직자 사칭한 대량주문 ‘주의`

선거철 또 ‘노쇼 사기’ 고개…당직자 사칭한 대량주문 ‘주의'

더불어민주당 대전시당이 당직자를 사칭해 지역 소상공인들에게 접근한 이른바 '노쇼 사기' 사건과 관련해 경찰에 수사를 의뢰했다. 선거철을 틈탄 정당 사칭 범죄가 지역 자영업자들을 겨냥했다는 점에서 파장이 커지고 있다. 18일 민주당 대전시당에 따르면, 신원 미상의 피의자는 지난 11일부터 자신을 '더불어민주당 이현석 주무관' 또는 '신○○ 주무관'이라고 소개하며 지역 업체들을 상대로 대량 주문을 시도했다. 처음에는 티셔츠 100장 주문으로 접근한 뒤, 13일부터 16일까지는 대전지역 인쇄·디자인 업체들을 상대로 선거용 홍보물 제작을..

민주당 `충청` 위한 당내 특별기구 신설 통해 중원공략 포문
민주당 '충청' 위한 당내 특별기구 신설 통해 중원공략 포문

6·3 지방선거 공식 선거운동을 앞두고 더불어민주당이 '충청'을 위한 당내 특별기구들을 신설하며 중원 공략의 포문을 열었다. 민주당은 당 산하에 '2027 충청권 유니버시아드대회 지원 특별위원회'와 '강호축발전특별위원회' 신설을 통해 충청권 발전의 밑거름을 마련했다고 밝혔다. 우선 유니버시아드 대회는 국제대학스포츠연맹(FISU)이 주관하는 전 세계1 8세 이상 25세 이하 대학생들이 참여하는 종합 스포츠 대회로, 하계와 동계로 나뉘어 2년마다 개최하며 양궁과 배드민턴, 기계체조, 리듬체조, 육상, 농구, 다이빙, 경영, 수구, 펜싱..

[6·3지선 후보 대진표] 충청 4개 시·도 광역단체장, 교육감, 기초단체장, 국회의원(보궐)
[6·3지선 후보 대진표] 충청 4개 시·도 광역단체장, 교육감, 기초단체장, 국회의원(보궐)

▼ 아래의 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다 ▼ 5월 18일자 중도일보 4면. 자료=중도일보DB (이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다) [6·3지방선거 후보 대진표] 충청 4개 시·도 광역단체장, 교육감, 기초단체장, 국회의원(보궐)■명단 순서 : 광역단체장, 교육감, 기초단체장, 국회의원(보궐) 순. 지역별로는 대전시, 세종시, 충남도, 충북도 순. ■보는 법 : 이름(나이·정당) 직책■정당 표기: 민(더불어민주당), 국(국민의힘), 개(개혁신당), 진(진보당), 조(조국혁신당), 기(기본소득당), 정(정의당)..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2차 고유가 피해지원금 접수 시작 2차 고유가 피해지원금 접수 시작

  • 새로운 시작…‘이제 어엿한 어른입니다’ 새로운 시작…‘이제 어엿한 어른입니다’

  • 2차 고유가 피해지원금 접수 준비 ‘분주’ 2차 고유가 피해지원금 접수 준비 ‘분주’

  • ‘바쁘다 바빠’…선거운동 앞두고 유세차량 제작 분주 ‘바쁘다 바빠’…선거운동 앞두고 유세차량 제작 분주