-
이진환 교수, 스핀 전류로 초전도를 제어하는 신기술 개발
〈 이진환 교수, 최석환 박사 〉
우리 대학 물리학과 이진환 교수가 포항공대 및 연세대와의 공동 연구를 통해 스핀 전류를 이용해 물질의 초전도를 제어하는 기술을 최초로 개발했다.
연구팀이 사용한 물질은 철계열 초전도체인 FeAs 원자층과 페로브스카이트 Sr2VO3 원자층이 반복해서 자기조립에 의해 형성된 헤테로 구조 물질이다. 스핀 제어 주사 터널링 현미경의 탐침과 시료 사이에 흐르는 스핀 분극 전류에 의해 FeAs층의 자성이 C2구조와 C4구조 사이에서 변화하고 이로 인해 FeAs층의 초전도가 켜지고 꺼짐을 원자수준에서 명확히 보일 수 있었다.
최석환 박사(현 BK 박사후연구원)가 제1저자로 참여한 이번 연구는 대표 물리 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters, PRL)’에 11월 27일자로 PRL 대표 논문(Editors’ Suggestion)으로 출판됐다.
이 연구는 스핀 분극 전류와 비분극 전류를 활용해 자성 배열을 국소적으로 바꿈으로써, 나노 자성 메모리를 구현하거나 초전도를 제어하는 트랜지스터 소자를 개발하는데 필요한 기본적인 물리 원리를 최초로 밝혔으며 동시에 이를 원자 수준에서 규명한 것으로 평가받고 있다.
이 연구는 상위 3%의 가장 중요한 PRL 논문에 대해 해당 분야의 권위자의 해설이 함께 실리는 Viewpoint in Physics에도 선정됐으며, 미국 국립 연구소들이 주도하는 일반인 대상의 과학 전문 온라인 뉴스 매체인 Phys.org에 매월 가장 중요한 10개 연구만 선정되는 특집(Feature) 기사로 소개되기도 했다.
또 이진환 교수가 독자 설계 제작하여 이 연구에 활용된 장비는 지난 10월호 최고 권위의 과학 장비 저널인 ‘리뷰 오브 사이언티픽 인스트루먼츠(Review of Scientific Instruments, RSI)’지의 표지 논문으로 선정되기도 했다.
이 장비의 측정 정밀도를 향상시키기 위해 개발하였으나 일반적인 모든 센서와 증폭기의 성능을 향상시킬 수 있는 수학적인 모델이 같은 과학 장비 저널 RSI에 수학적인 논문으로는 예외적으로 별도 정규 논문으로 게재됐다.
이진환 교수는 “모두가 그 기본 원리가 잘 알려진 간단한 주사 탐침 현미경 또는 상용 현미경으로 실험할 때, 우리는 반강자성 탐침을 이용한 스핀 제어 기능, 고자기장 구조에서 불가능할 것으로 여겨졌던 넓은 가변온도 기능, 체계적인 스핀제어 실험을 위한 다중 시료 장착 기능 등을 과감히 설계에 반영하였고, 그 결과 자연스럽게 다른 경쟁 그룹들이 수년 내에 따라 할 수 없는 자성과 초전도의 동시 제어 실험을 체계적으로 수행할 수 있었다”면서 “학내에 공용 헬륨 액화기가 없는 등 기초과학 연구 환경상의 약간의 어려움이 있지만, 이 연구의 물리학적인 성취를 실용적인 소자로 구현하기 위한 확장 연구와 함께, 앞으로도 보다 다양한 측정 기술 혁신으로 첨단 과학의 발전을 선도할 수 있기 위해 최선을 다할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 미래융합 파이오니어 사업과 이공학 개인기초연구지원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구 논문은 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.227001 에서 확인할 수 있으며, Viewpoint in Physics와 Phys.org 특집 기사는
https://physics.aps.org/articles/v10/127 및 https://phys.org/news/2017-12-scientists-superconductivity-currents.html 에서 찾아볼 수 있다.
□ 그림 설명
그림1. 연구 개념도
2017.12.26
조회수 17016
-
오준호 교수 개기일식 영상, NASA 오늘의 천체사진 선정
〈 오 준 호 교수 〉
우리 대학 기계공학과 오준호 교수가 지난 8월 21일 미국 오리건(Oregon) 주 웜 스프링스(Warm Springs)에서 촬영한 일식 영상이 미 항공우주국(NASA)의 ‘오늘의 천체사진(APOD : Astronomy Picture of the Day)’ 에 선정됐다.
APOD는 NASA에서 운영하는 최고 권위의 천체사진 전문 사이트이다. 허블 우주망원경 등 전문적인 천체관측 결과나 전 세계 천체 관측자들의 작품 등을 선정해 매일 한 개씩 소개한다.
오 교수는 프로 사진작가 권오철 씨에 이어 한국인으로서는 두 번째로, 아마추어 한국인 천체사진가로서는 처음으로 APOD에 선정됐다.
이 사이트는 오교수가 확대 촬영한 개기일식 동영상을 소개하며 “오 교수가 특별히 제작한 장치로 일식순간 태양표면을 따라 돌며 확대촬영을 통해 태양이 월면 뒤로 사라지고 다시 나타나는 모습을 담았다”고 소개했다.
디지털사진 전문 사이트 ‘디지털 포토그래피 리뷰(dpreview.com)는 “꼭 봐할 놀라운 영상이다”고 밝히며 홍염과 코로나, 그리고 베일리스 비즈(Baily’s Beads) 등 개기일식의 관측 포인트를 소개했다.
오 교수의 영상은 개기일식이 일어나는 2분 3초 동안 관측된 코로나와 홍염을 매우 세밀하게 담아내고 있다.
오 교수는 “개기일식의 시작과 끝점의 예상 시간을 정확하게 계산해 촬영하는 등 십 수 년의 경험과 시행착오를 통해 수개월의 철저한 준비 기간을 거쳐 완성했다”고 말했다.
오 교수는 휴보(HUBO) 등 다양한 이족보행 로봇을 개발한 휴보의 아버지로 알려진 동시에 1999년 터키에서의 촬영을 시작으로 총 11차례 일식을 관측한 일식추적자(eclipse chaser)이기도 하다.
오준호 교수가 촬영한 개기일식 영상은 https://apod.nasa.gov/apod/ap170912.html 에서 확인할 수 있다.
□ 사진 설명
사진1. 촬영 사진1
사진2. 촬영 사진2
2017.09.13
조회수 12599
-
물질 간 온도차이로 전자구름 세계 첫 관찰
모든 물체는 매우 작은 알갱이인 원자로 이루어져 있다. 원자는 모든 무게를 함유하는 원자핵과 그 주변을 구름모양으로 둘러싼 상대적으로 매우 가벼운 전자로 구성돼 있다.
전자의 구름모양을 상온에서도 정확하게 관찰하는 새로운 전자현미경 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 전자구름을 최초 관찰했던 주사터널링현미경 기술 이후 33년만이다.
KAIST(총장 강성모) 나노과학기술대학원 김용현 교수와 한국표준과학연구원 여호기 박사는 온도 차이를 이용해 전압을 발생시켜 선명한 원자의 영상은 물론 전자의 구름모양도 관찰할 수 있는 주사제벡현미경(SSM, Scanning Seebeck Microscope)을 개발했다.
연구 결과는 미국 물리학회가 발행하는 물리학분야 최고 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 1일자 온라인 판에 게재됐다.
상온에서도 매우 높은 해상도를 보여주는 주사제벡현미경은 그래핀·반도체의 결함을 원자단위까지 정확하게 관찰할 수 있어 이들 제품의 품질과 가격경쟁력 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또 주사제백현미경의 원리를 열전소재 연구에 활용하면 차세대 고효율 열전소재를 개발하는데 도움이 될 것으로 전망된다.
고대 그리스 철학자 데모크리토스는 물체를 쪼개고 쪼개다보면 더 이상 쪼갤 수 없는 입자를 만나게 된다고 주장했고 이 입자를 ‘원자’라고 이름 붙였다. 이후 많은 가설과 실험을 거쳐 1920년대 ‘전자는 파동’이라는 양자역학이 확립되었다. 이제 과학자들은 원자 내부에는 원자핵과 주위를 둘러싼 구름 모양의 전자가 존재한다고 믿는다.
이러한 전자의 구름 모양을 최초로 관측한 기술이 1981년 스위스 IBM에서 발명된 주사터널링현미경(STM, Scanning Tunneling Microscope)이고, 현재까지 전자구름을 관측할 수 있는 유일한 기술이었다. 이 발명의 공로로 비니히와 로러 박사는 1986년 노벨 물리학상을 받았다.
그러나 이 기술은 아주 작은 전기신호를 감지하기 위해 초정밀·극저온·무진동 환경이 요구되는 등 응용에 많은 제약이 있었다. 또 전압을 가해 전류를 측정하는 기존 방식은 전류가 흐르면서 원자핵을 둘러싸고 있는 전자구름에 영향을 주어 실제로는 왜곡된 형태를 보는 것이다.
연구팀은 기존 방식을 완전히 탈피, 한쪽에 열을 가해 두 물질의 온도차로 전압이 발생하는 ‘제벡효과’라는 물리현상을 활용했다.
연구팀은 관찰하고자 하는 그래핀을 약간 가열된 온도(37~57℃)에 두고 탐침은 상온(27℃)에 있도록 해 이로 인해 발생되는 전압을 측정했다. 그 결과 상온에서 전자구름이 물결치는 모양을 세계 최초로 관찰하는데 성공했다. 결함주변에서 전자가 물결치는 모양은 양자역학 현상의 주요 특징 중 하나이다.
더 나아가 연구팀은 원자수준 제벡효과로부터 전자구름이 관측되는 이론적 원리를 양자역학에 기초해 규명했으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 실험 결과를 해석하는 기술도 확보했다.
김용현 교수는 “그동안 잘 알려져 있지 않은 나노 열물리 현상을 이해할 수 있는 기본 틀을 잡는데 성공했다”며 “주사제벡현미경 기술이 응집물질 표면연구의 중요한 새 도구로 자리 잡을 것”이라고 말했다.
여호기 박사는 “열과 전자의 상호작용을 이용하면 마치 기존 주사터널링현미경 기술에 자연적인 미분증폭기를 설치한 효과가 발생한다는 사실을 증명한 것”이이라며 “향후 기존 기술과 상호보완적으로 기능할 것”이라고 말했다.
한편, KAIST 나노과학기술대학원 김용현 교수와 한국표준과학연구원 여호기 박사가 공동으로 주도한 이번 연구는 KAIST 나노과학기술대학원 이의섭 석박통합과정 학생과 한국표준과학연구원 조상희 박사가 참여했고, 미래창조과학부 중견연구자지원사업 핵심연구와 글로벌프론티어사업, 신기술융합형성장동력사업의 지원 하에 수행되었다.
그림1. 주사제벡현미경의 개념도와 동작원리. 탐침과 샘플이 각각 다른 온도에 있고 이 때문에 전압이 발생한다.
그림2. 주사제벡현미경을 이용해 상온 그래핀에서 관측된 전자가 물결치는 모양.
2014.04.02
조회수 15029
-
나로과학위성, 나로호 3차발사 전 최종공개
- 8월 24일(금), KAIST 인공위성연구센터에서 대국민 공개 -
금년 10월 전남 고흥 나로우주센터에서 발사예정인 나로과학위성의 발사준비가 완료되었으며, 8월 24일(금)에 KAIST 인공위성센터에서 국민들에게 위성발사 전 마지막 모습을 공개할 예정이다.
나로과학위성은 ‘나로호 궤도검증, 우주환경 관측 등 우주과학실험, 국산화 기술 우주검증 등의 임무수행이 가능한 100kg급 소형위성 개발’을 목표로 2011년 2월부터 개발이 착수되었으며, 지난 7월 31일 발사장 이동 전 최종점검인 선적전 검토회의(Pre-Shipment Review)를 성공적으로 완료하여 나로호에 탑재될 준비를 마쳤다.
나로과학위성 개발사업은 교육과학기술부의 지원 하에 ’90년대 초부터 우리별 위성, 과학기술위성 등 소형과학기술위성을 개발하며 세계적으로 기술력을 인정받아온 KAIST 인공위성연구센터에서 개발을 주관하였으며, 한국항공우주연구원, i3시스템, KAIST, 한국항공대학교 등 국내 연구소, 산업체, 대학 등이 참여하였다.
나로과학위성은 ’92년 발사 된 우리나라 최초의 위성인 우리별 1호에 이어 KAIST 인공위성연구센터에서 일곱 번째로 개발된 위성으로 지난 나로호 1, 2차 발사 시 탑재된 과학기술위성 2호의 기술을 활용하여 순수 국내기술로 개발되었다.
나로과학위성에는 나로호 궤도진입 확인임무 수행을 위한 레이저반사경, 우주과학임무를 수행할 우주방사선측정센서, 우주이온층 측정센서(랑뮈어탐침), 국산화 기술의 우주검증을 수행할 펨토초 레이저발진기, 반작용 휠, 적외선 영상 센서 등이 탑재되어 있다.
나로과학위성의 우주과학탑재체는 우주환경 변화에 따른 방사선량 증감, 지구 이온층 변화 등을 측정함으로써 태양활동 극대기에 맞춰 우주방사선량 모델링, 우주방사선이 우주부품에 미치는 영향연구, 이온층이 통신시스템에 미치는 영향연구 등 우주과학 연구, 위성기술 연구개발 등에 기여할 예정이다.
또한 기술검증탑재체를 통해 펨토초 레이저발진기 기술검증에 성공하면 세계 최초로 광섬유를 이용한 펨토초 단위의 정밀거리 측정 관련 기반기술을 확보하게 되며, 반작용 휠, 적외선 영상 센서 등을 통해 그간 수입에 의존하던 핵심부품들의 국산화율을 높이는데 기여하게 된다.
8월 24일(금)에 예정된 위성공개는 KAIST내에 위치한 인공위성연구센터에서 오전 10시부터 오후 5시까지 매 시간마다 진행되며 당일 인공위성연구센터를 방문하는 누구나 관람이 가능하다.
나로과학위성은 금번 위성공개행사를 마치고 오는 8월 말 경으로 예정된 나로우주센터로의 이송을 위해 포장작업 등에 들어갈 예정으로 이번 행사가 나로과학위성의 실물을 관측할 수 있는 마지막 기회이다.
위성관람을 원하는 개인은 행사 당일 KAIST 인공위성연구센터에서 소정의 등록을 마치고 관람할 수 있으며, 단체관람을 원하는 경우에는 사전예약이 필요하다.
예약문의 : KAIST 인공위성센터 042-350-8613~4
2012.08.23
조회수 12102
-
제1회 정문술 과학저널리즘 상 시상
- 대상에 동아일보-동아사이언스, 방송부문상에 KBS
우리 학교는 6일 오후 4시 서울 중구 프레스센터 매화홀에서 서남표 총장과 한국과학창의재단 강혜련 이사장 및 수상자들이 참석한 가운데 ‘제1회 정문술 과학저널리즘 상’ 시상식을 갖는다.
‘정문술 과학저널리즘 상’은 정문술 전 미래산업 회장(전 KAIST 이사장)이 2001년 KAIST에 기부한 300억원 중 일부인 10억원을 기금으로, 과학기술의 발전에 기여한 언론에게 수여하는 상이다.
시행 첫해인 올해의 대상은 일본 원전사고를 집중 보도한 동아일보-동아사이언스(김상수, 김규태, 김창원, 이현경, 서영표, 이영혜, 원호섭 기자)의 기획시리즈 기사인 ‘원전 강국, 안전나사를 조이자’가 선정됐다. 대상작은 후쿠시마 원전 사고에 대한 전문가와 일반인의 시각을 잘 조명하고, 향후 우리나라의 원전 사고에 대한 원인 및 책임소재 규명에 있어 보완책 점검과 대책마련, 중국의 원전사고 대비 등을 전문적이면서도 일반인들이 이해하기 쉽게 다룬 점을 높이 평가받았다.
부문상 수상은 KBS(이은정, 이이슬, 조지현 기자)의 ‘한국 원전은 안전한가?’가 선정됐다. 이웃나라 일본의 원전사고에 대한 실상을 통해 원전의 안전한 이용에 대한 대중의 인식을 높이고, 한국 원전의 안전성을 전문적이면서도 알기 쉽게 설명한 점을 인정받았다.
수상자에게는 대상 2천만원, 부문상 1백만원이 부상으로 각각 수여된다.
시상식 후에는 과학에 대한 올바른 대중적 이해와 소통, 그리고 과학 저널리즘이 나아가야 할 올바른 방향에 대해 논의하는 자리가 마련됐다.
이 자리에서는 ‘제1회 과학저널리즘 리뷰 컨퍼런스(Science Journalism Review Conference)’가 열리며, 올해는 ‘일본 후쿠시마 원전 사고 보도에 대한 뉴스 프레임 분석 연구결과’에 대해 다룰 예정이다.
2011.10.06
조회수 11523
-
조광현 교수, 인간프론티어 과학프로그램 연구과제평가위원 선임
우리학교 바이오뇌공학과 조광현(曺光鉉, 37세) 교수가 과학분야 국제기구인 인간프론티어과학프로그램(HFSP, Human Frontier Science Program)의 연구과제평가위원(Research Grant Review Committee Member)에 선임됐다.
인간프론티어과학프로그램은 1989년에 시작된 선진7개국(G7) 국가 간의 유일한 생명과학협력 프로그램으로 뇌과학 및 분자생물학 분야의 국제공동연구, 혁신적이고 다학제적인 기초연구, 펠로우쉽 등을 지원하는 국제프로그램이다. 우리나라는 2004년 이 프로그램에 가입했다. 현재 회원국은 우리나라를 포함 선진7개국(G7), 유럽연합(EU) 등 35개국이다. 이 프로그램의 연구과제평가위원은 이들 회원국 연구자 중 국가별 1명이내로 구성된다. 曺 교수는 앞으로 시스템생물학분야의 연구과제 평가를 맡게 된다.
2008.07.11
조회수 14141
-
KAIST 이종문 도서관 개관
KAIST(총장 서남표)에 아시아 최대의 기업가정신 자료를 갖춘 과학기술인 경영교육 전문 도서관인 이종문 도서관이 지난 9일(목) 문을 열었다.
이종문 도서관은 지난 2004년 이종문 회장이 KAIST에 200만 달러를 기부, 기업가정신연구센터 설립과 동시에 추진됐다. 이 회장은 신기술 기반의 벤처 기업 기술인에 대한 경영교육 필요성을 역설하고 아시아 최대의 기업가정신 자료를 확보한 이종문 도서관 운영 계획을 세웠다.
이종문 도서관은 기업가정신 함양을 위한 서적을 중심으로 ▲벤처 창업 등 사업 아이디어 실현을 지원하는 사업계획서 작성 및 평가 서적 ▲리더십 및 재무, 회계 등 기업 운영에 필요한 경영서적 ▲경제와 사회적 안목을 기를 수 있는 경제 서적을 구비하고 있다. 단행본 약 4,900종과 Harvard Business Review를 비롯한 각종 저널이 비치되어 있다.
KAIST 기업가정신연구센터(소장 양태용 梁泰瑢 교수)는 이공계 학생들의 경영.경제 교육을 위해 ▲이공계 학생과 기업인을 위한 기업가정신 전문 도서관 운영 ▲ 기업가 정신(entrepreneurship) 교육 및 벤처 창업 지원 프로그램 ▲비즈니스 플랜 포럼(Business Plan Forum) 및 학술 대회 지원 사업을 진행하고 있다. 기업가정신에 대한 연구와 실천력이 가장 뛰어나다고 평가받는 미국 스탠포드대학 STVP(Standford Technology Venture Program)를 벤치마킹 하고, KAIST가 보유한 세계 최고 수준의 과학기술 연구 및 교육 역량을 바탕으로 국제적 경영마인드를 가진 이공계 인재 양성 프로그램을 운영한다.
梁 소장은 ‘이종문 회장의 뜻을 이어받아 이공계 학생들에게 기업가정신을 교육하고 우수한 기술이 초기 가치를 제대로 진단받아 벤처기업으로 꽃 피울수 있도록 지원할 계획이다’며 앞으로 운영 계획을 설명했다
2006.11.15
조회수 15082
-
이달의 과학기술인상에 물리학과 윤춘섭 교수
이달의 과학기술인상 11월 수상자 한국과학기술원 CKC 윤춘섭 소장
염홍철 대전광역시장은 11월 25일 10:00에 한국과학기술원(KAIST)을 방문, 신성철 부총장과 간부들이 참석한 가운데 11월 수상자로 선정된 캐번디쉬-KAIST공동협력연구센터 윤춘섭 소장에게 11월 <이달의 과학기술인상>』을 수여했다.
스무번째 수상의 영예를 안은 윤춘섭(남/54세) 소장은 2W급 세계 최고 출력 청색 고체 레이저개발 등 과학기술발전과 외국과의 공동협력연구기반 조성 등에 기여한 공로로 이달의 과학기술인으로 선정되었다.
주요공적내용은 ▲ 선진 디스플레이 강국이 치열하게 기술개발을 진행시키고 있는 차세대 디스플레이 기술인 2W급 세계 최고 출력 청색 고체 레이저를 개발, ▲ 상용화를 위해 LG전자에 기술이전으로 고휘도, 고선명도, 대화면 레이저TV를 구현 하였고, 우리나라가 차세대 고화질, 대화면 디스플레이 분야에서 국제적으로 월등히 유리한 기술 우위를 점하는 데 기여, ▲ 캐번디쉬- KAIST 공동협력연구센터 개소로 쌍방향 공동연구 수행을 통해 국내 기초과학의 위상과 연구역량을 한 단계 도약시키고 공동연구 수행의 확고한 기초를 다지는데 기여, ▲ “국부 캐스캐이드 2차 결합”이라는 새로운 3차 비선형 광학 과정을 규명하여 물리학계 최고 권위 잡지인 Physical Review Letters 2004년 11월 12일자에 게재함으로써 비선형 광학분야의 학문적 발전에 크게 기여했다.
윤춘섭 교수의 약력은 다음과 같다.
학력 :
한국과학기술원 고체물리(석사)
영국 Strathclyde Univ.고체물리(박사)
경력 :
KAIST 연구원(‘76~’79)
영국 Strathclyde Univ. Research Fellow(‘83~’88)
한국과학기술원 물리학과 교수(‘88~현재)
2004.11.29
조회수 19919