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. <속보>대전 갈마동 타이어업체서 화재
  2. 세종 스마트시티 2100세대 분양 초읽기…11월 견본주택 오픈
  3. 대덕대 야구부 창단 4년만에 프로선수 배출
  4. 국방부, 대전 문화동 부지 '전면 매각' 추진…터전 잃을 위기 화훼단지
  5. 대전 용두동2구역, 분양가 이견에 사업 표류… 이자 눈덩이
  1. 글로벌 바이오기업 머크, 대전에 4300억 원 생산거점 구축
  2. [중도일보 독자권익위원회] "골목상권 살릴 소비촉진, 지역언론이 이끌어주길"
  3. 국립한밭대 동문 윤통섭 비전세미콘 회장, 발전기금 1억원 기부
  4. 대전 둔산신협, 서구 월평2·3동 저소득계층 위한 겨울이불 전달
  5. 국산 밀·콩, 학교급식 타고 식탁으로… 세종 나성중서 소비 캠페인

헤드라인 뉴스


머크, 대전 추가투자 가능성 시사… 지역경제 동반성장은 과제로

머크, 대전 추가투자 가능성 시사… 지역경제 동반성장은 과제로

머크(Merck)가 대전 생산센터 준공을 계기로 추가 투자 가능성을 내비치면서 대전 바이오산업의 확장 여부에 관심이 쏠리고 있다. 특히 KAIST와 공동 연구개발 프로젝트를 다수 진행하고 있는 가운데 향후 연구시설 확충 가능성까지 거론되면서 대전이 머크의 아시아·태평양 생산거점을 넘어 연구개발 중심지로 성장할 수 있을지 주목된다. 29일 열린 머크 대전 생산센터 준공식에서 머크 독일 본사와 독일 정부 관계자들은 대전시의 적극적인 지원으로 대규모 생산시설 건립이 예상보다 빠르게 진행됐다는 점을 높이 평가했다. 외국인투자지역 입주에 따..

대전 갈마동 타이어 판매점 화재 진화완료…2~3층 창고에서 발생 추정돼
대전 갈마동 타이어 판매점 화재 진화완료…2~3층 창고에서 발생 추정돼

30일 오전 10시 2분께 대전 서구 갈마동의 한 타이어 판매점에서 발생한 화재가 4시간 31분 만인 오후 2시 33분께 완전히 진화됐다. 짙은 연기와 거센 불길이 치솟으면서 화재발생 직후부터 150건 이상의 신고가 소방당국에 접수됐으며, 대전소방본부는 대전시와 산림청 헬기 2대와 소방장비 98대, 인력 238명을 투입해 화재 진압과 방수 작업을 벌였다.소방당국은 최초 신고 18분 만인 오전 10시 20분께 관할 소방서의 모든 소방력을 동원하는 대응 1단계를 발령했으며, 현장 주변에서는 교통 통제와 주민 대피도 진행됐다.타이어판매점..

`대전 예수` 와이스, 한화 돌아올까… 독수리 군단 마운드 재건 변수로
'대전 예수' 와이스, 한화 돌아올까… 독수리 군단 마운드 재건 변수로

한화이글스의 가을을 뜨겁게 달궜던 '대전 예수' 라이언 와이스가 다시 독수리 군단의 마운드에 오를 수 있을까. 미국 메이저리그(MLB) 재도전에 나섰던 와이스가 자유계약선수(FA) 신분으로 풀리면서 한화 복귀 가능성에 관심이 쏠리고 있다. 30일 미국 현지 보도에 따르면 휴스턴 애스트로스는 와이스에게 걸려 있던 2027시즌 500만 달러 규모의 구단 옵션을 행사하지 않기로 했다. 대신 바이아웃 50만 달러를 지급하면서 와이스는 새로운 소속팀을 찾을 수 있게 됐다. 와이스에게 올해는 아쉬움이 짙게 남는 시즌이었다. 지난해 한화에서의..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전 타이어전문점 화재 대전 타이어전문점 화재

  • ‘더 화려하고 아름답게’ ‘더 화려하고 아름답게’

  • ‘포기마다 정성 담아’…맛있는 이웃사랑 ‘포기마다 정성 담아’…맛있는 이웃사랑

  • 미래 진로직업 체험 미래 진로직업 체험