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 도시철도 1호선 식장산 역 건설 사업 잠정 중단
  2. "서산 삼길포가 들썩였다", 제20회 우럭축제 2만여 인파 북적, 서산 대표 여름축제 위상 빛났다
  3. 당진시, 청주국제공항 직통 고속버스 신규 운행… 대중교통 이용 편의 대폭 향상
  4. “예술가의집 시민 환원” 못 박은 허태정…문화재단·예총 새 거처는?
  5. 순천향대 의대 11명 초과선발 파장… 2028학년도 모집인원 감축
  1. 한밭대 차기 총장선거 한달 앞으로…후보군 윤곽 속 선거전 본격화
  2. "대덕특구 공동관리아파트 부지, 국가차원 전략 수립을" 국회 토론회서 제기
  3. 충남도, 천안·아산·보령 등 하천 개선에 1477억 원 투입
  4. 대전 여야, 새 시당위원장 선출 등 조직개편 착착
  5. [중도초대석] 조성칠 대전시의회 의장 "시민에게는 더 낮게, 집행부에는 더 날카롭게"

헤드라인 뉴스


거듭된 폭염에 달아오른 충남…바다도 농가도 ‘부글부글’

거듭된 폭염에 달아오른 충남…바다도 농가도 ‘부글부글’

폭염이 최근 지속하면서 충남 지역에 인접한 해안과 과수 농가 일대가 뜨겁게 달아오르고 있다. 특히 연일 오르는 수온으로 인해 서해연안 일대를 비롯해 가로림만과 천수만 일원에는 최근 고수온 경보가 발효됐으며, 농가에서는 사과와 배 등 주력 과수의 품질 저하 및 일소 피해가 증가하고 있다. 4일 해양수산부 및 국립수산과학원 등에 따르면 서해연안(충남 당진시 도비도항 남단~광주특별시 신안군 암태도 남단)과 충남 가로림만, 천수만 일원에는 3일부터 고수온 경보가 내려진 상태다 고수온 경보는 연안 수온이 28℃ 이상인 상태가 3일 이상 유지..

李 "돈 없으면 취재도 못하나"… 해외동행 언론 부담 개선 지시
李 "돈 없으면 취재도 못하나"… 해외동행 언론 부담 개선 지시

이재명 대통령은 4일 "돈 없으면 취재도 못 하나"라며 대통령 전용기인 공군 1호기 해외 동행 취재 언론인들의 출장비 경감 방안 마련을 지시했다. 검찰의 보완수사권 폐지를 담은 형사소송법 개정안과 선관위 특검법안을 비롯해 공중화장실 불법 촬영 탐지시스템 의무화와 장애인 대상 성범죄 처벌 강화, 위기 사업자 세무조사 연기, 대전 중대범죄수사청 개청 예산 등도 의결했다. 이 대통령은 이날 오전 청와대에서 열린 제34회 국무회의에서 최근 미국과 아메리카 3개국 순방과 관련해 "이번에 요구 출장비 수준이 2000만원을 넘었지 않았을까 싶다..

폭염에 멈추는 프로야구…KBO, 중대경보 땐 오후 1시 전 취소 결정
폭염에 멈추는 프로야구…KBO, 중대경보 땐 오후 1시 전 취소 결정

한국야구위원회(KBO)가 기록적인 폭염 속 프로야구 경기 운영 기준을 마련했다. 폭염 단계에 따라 경기 시작 시간을 늦추거나 취소할 수 있도록 기준을 구체화해 관중과 선수단 보호에 나선 것이다. KBO는 4일 기상 특보 수준에 따른 프로야구 경기 운영 방안을 발표했다. 최근 이어지는 폭염으로 경기장 내 온열질환 위험이 커지면서 안전 관리 체계를 강화하기 위한 조치다. 이번 기준은 기상청 폭염 특보 발효 여부를 바탕으로 한다. 폭염주의보는 일 최고 체감온도 33도 이상인 상태가 이틀 이상 이어질 것으로 예상될 때, 폭염경보는 35도..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 폭염에 도로 위 피어오른 ‘아지랑이’ 폭염에 도로 위 피어오른 ‘아지랑이’

  • ‘폭염에도 일을 쉴 수 없어요’ ‘폭염에도 일을 쉴 수 없어요’

  • 민주당 당대표·최고위원 충청서 순회경선 시작 민주당 당대표·최고위원 충청서 순회경선 시작

  • 북적이는 계곡과 한산한 도심 북적이는 계곡과 한산한 도심