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- 그린수소 생산 활용 '백금' 촉매 1g으로 82g 효과- 소재의 물리적 한계 예측 및 제어 통해 수소 생산 시스템의 효율·내구성 동시 확보아주대학교 화학과 유성주 교수팀이 청정 에너지원인 그린수소의 생산에 활용되는 ‘백금(Pt) 촉매’를 최대한 효율적으로 사용할 수 있는 기술을 개발했다. 이에 수소 생산의 비용을 획기적으로 절감하고 더욱 효율적인 공정을 가능하게 할 전망이다. 화학과 유성주 교수는 수소 생산 촉매의 성능을 결정하는 백금(Pt) 원자를 서로 뭉치지 않는 단일원자 상태 그대로 유지하는 기술을 개발, 소재 효율을 이론적 한계치까지 끌어올리는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘태양광 수소 생산을 위한 원자 분산 백금 촉매의 안정성 임계값(Stability Thresholds of Atomically Dispersed Platinum Catalysts for Solar Hydrogen Production)’이라는 제목의 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie)>에 12월17일 게재됐다. 우리 학교 대학원 에너지시스템학과의 박준서 석박사통합과정생(위 사진 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 유성주 교수(화학과·대학원 에너지시스템학과, 위 사진 왼쪽)가 교신저자로 참여했다. 그린수소(green hydrogen)는 태양광과 풍력 같은 재생에너지를 이용해 물을 분해, 생산과정에서 온실가스를 배출하지 않으면서 만들어내는 청정 수소를 말한다. 기후 위기에 대응하기 위해 화석연료를 대체할 에너지로 그린수소가 주목받고 있으나, 수전해 및 광촉매 기반의 수소 생산 시스템에서는 고가의 ‘백금(Pt) 촉매’가 주로 사용되며 이는 수소 생산 전체의 비용을 높이는 주요 원인이다. 값비싼 백금의 사용량을 줄이기 위해 백금 입자를 나노미터(nm) 수준에서 원자(atom) 단위로 줄여 표면적을 극대화할 수 있다. 그러나 입자가 작아질수록 표면 에너지가 높아져 흩어져 있던 원자들이 불안정한 상태를 견디지 못하고 다시 서로 뭉치는 현상이 발생하며, 이는 수소 생산 성능의 저하를 불러온다. 이에 아주대 연구팀은 실제 환경에서 백금 원자들이 서로 뭉치지 않고 최상의 성능을 낼 수 있는 구조적 임계점을 찾아냈다. 이를 통해 백금 원자가 뭉치는 것을 원천적으로 차단하고, 공정에 투입된 모든 백금이 100% 반응 표면에 노출되는 활용법을 실현할 수 있었다. 연구팀은 단 1g의 백금으로 기존 나노입자 82g에 해당하는 수소 생산 능력을 확인할 수 있었다. 촉매의 질량당 활성을 획기적으로 향상시킨 것으로, 최소한의 백금을 사용함으로써 수소 생산의 비용을 크게 절감할 수 있음을 보여준다. 연구팀은 또 새로운 기술을 활용해 복접한 공정 없이 비교적 간단한 합성으로 촉매를 제조할 수 있고, 장시간의 구동 실험에서도 성능의 저하 없이 안정적인 수소 생산 효율을 유지할 수 있다는 점을 확인했다. 유성주 교수는 “이번 연구 성과는 촉매의 성능 저하 원인을 원자 수준에서 이해, 단순하면서도 본질적인 해결 전략을 제시한 것”이라며 “고가 귀금속의 활용도를 극대화함으로써 여러 친환경 에너지 공정의 비용을 낮추는데 기여할 수 있다”라고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부·한국연구재단이 추진하는 우수신진, G-램프사업, 자율운영 중점연구소지원사업, 그리고 고등기술연구원의 지원으로 수행됐다. 단일원자 백금(Pt) 입자의 전자현미경 사진. 화살표로 표시된 밝은 대비점들은 지지체 표면에 하나씩 고르게 분산된 백금(Pt) 원자들을 나타내며, 백금이 뭉치지 않고 안정적으로 분산된 상태임을 확인할 수 있다. 이렇게 되면 촉매의 질량당 활성이 향상되어, 백금을 최소한으로 활용할 수 있으며수소 생산 비용이 크게 절감된다.
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손가락에 부착한 얇고 유연한 디바이스를 통해 여러 신호와 데이터를 안정적으로 포착할 수 있다면 어떨까? 나아가 이러한 통신 시스템에 활용되는 ‘빛’을 필요에 따라 막아 보안과 안전까지 확보할 수 있다면? 우리가 꿈꿔온 차세대 웨어러블 통신 그리고 군사 및 헬스케어 기술을 현실로 만들 수 있는 초박막·초유연 광센서 기술이 국내 연구진에 의해 구현됐다. 아주대·서울시립대 공동 연구팀은 초박막·초유연 근적외선 광센서를 개발했다고 밝혔다. 두께 3μm(마이크로미터)의 이 센서는 기존 광센서를 뛰어넘는 속도와 감도를 갖춘데다 유연성까지 우수해 피부 부착형 센서와 웨어러블 기반 광통신 등에 널리 활용될 수 있을 전망이다.해당 연구는 ‘각도 무관·장거리 근적외선 통신이 가능한 피부 부착형 MHz급 유기 광검출기 개발(Skin-Conformal MHz-Speed Organic Photodetectors for Angle-Free and Long-Range Near-Infrared Communication)’이라는 제목으로 <네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 12월 게재됐다. <네이쳐(Nature)>의 자매지인 <네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>는 임팩트 팩터(Impact Factor) 15.7로 다학제 과학(Multidisciplinary science) 분야 10위(JCR 상위 7.0%) 수준 학술지다.이번 연구에는 아주대 석박사 통합과정 김재현 학생(지능형반도체공학과), 서울시립대 박사과정 최효정 학생(전자전기컴퓨터공학부), 일본 오사카대 후쿠다 겐지로(Kenjiro Fukuda) 교수(전기전자정보통신공학부)가 공동 제1저자로 참여했다. 공동 저자로는 아주대 최준규 박사(정보통신전자연구소)·정재빈 석박사 통합과정생(지능형반도체공학과)과 계면물질 합성을 담당한 중앙대 홍종인 교수(화학과)가 함께 했다. 공동 교신저자로 초박막화 및 피부 밀착형 구조 설계를 연구한 일본 도쿄대의 소메야 타카오(Takao Someya) 교수(전기공학정보시스템학부), 소자 성능 및 광응답 특성 최적화를 담당한 서울시립대 김혁 교수(전자전기컴퓨터공학부)가 참여해 다학제적 협력 연구를 수행했다. 박성준 아주대 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 연구 전반을 총괄했다.광센서(Photo Sensor)는 빛의 유무와 변화 및 강도를 감지해 특정 물체의 존재나 크기 혹은 상태 등을 파악하는 데 활용된다. 스마트폰에서 주변 환경에 맞게 화면의 밝기를 자동으로 조정하거나, 심박수나 혈중 산소포화도 등을 감지하고 측정하는 스마트워치, 화재 감지나 침입 경보 같은 안전 및 보안 시스템과 자율주행 기술 등에도 광센서는 널리 활용되고 있다. 광센서는 자외선, 가시광선, 적외선 중 어떤 특정 영역의 빛을 감지하고, 어떤 원리나 구조를 활용하는지에 따라 활용 방식이 다양하다. 그 중 ‘근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)’란 우리 눈에 보이지 않는 근적외선(NIR) 영역의 빛을 전기 신호로 변환할 수 있는 유기 반도체 기반 센서다. 이 기술을 활용하면 미세한 빛을 노이즈 없이 감지할 수 있어 생체 신호나 특정 가스의 농도 등의 정보를 센싱할 수 있다. 이에 최근 ▲웨어러블 헬스케어 ▲피부 부착형 기기 ▲무선 광통신 ▲휴먼–머신 인터페이스 등 다양한 분야에서 핵심 요소로 주목받고 있다. 가볍고 유연한 유기 반도체 소재의 특성 덕분에 실제 피부나 의류에 밀착이 가능하고, 유기 소자의 분자 구조를 조절해 감도·속도·파장 특성을 자유롭게 설계해 최적화할 수 있다는 장점이 있다.특히 최근에는 센서의 반응 속도를 더욱 빠르게 하기 위해 박막화, 소자 면적 축소, 계면층 엔지니어링 등 다양한 접근이 시도되고 있다. 웨어러블 기기의 수요가 증가하면서 실제 피부의 굴곡이나 인체의 움직임에도 안정적으로 동작하는 유연·초박막 구조에 대한 관심 또한 높아지고 있다.그러나 기존에 활용되어온 센서 기술은 여전히 여러 한계를 가지고 있다. 그 중 ‘속도–감도–유연성’ 간 상충이 가장 주요한 문제로 남아 있다. 고속 응답을 위해 고결정성 유기막을 사용하면 기계적 유연성이 떨어져 변형 시 쉽게 성능이 저하되고, 반대로 유연성을 높이면 전하 이동도가 낮아져 감도와 속도가 모두 저하되기 때문이다. 또한 광활성층의 불균일한 상 분리와 계면 트랩은 전하 재결합과 노이즈를 증가시켜 고감도 센서의 구현을 어렵게 했으며, 단단한 기판 기반의 기존 유기 광검출기(OPD)는 사람의 손가락 주름과 같은 수 μm 수준의 미세 곡면에서 안정적 성능을 유지하기가 힘들었다. 더불어 빛이 비스듬하게 들어올 경우 감도가 급격히 감소하게 되는 각도 의존성 문제 역시 센서를 실제 피부 부착형 광통신이나 움직임이 많은 환경에서의 웨어러블 센서로 확장하는 데 큰 걸림돌로 남아 있었다.연구팀은 개발한 초박막·초유연 근적외선 유기 광검출기의 기계적 내구성과 전기적 안정성을 검증하기 위해, 소자를 늘리고(인장) 누르는(압축) 극한 변형 조건에서 시험했다. 그 결과 소자는 최대 200% 인장 변형과 수십 퍼센트 압축 변형에서도 구조적 손상 없이 형태를 유지했다. 이처럼 큰 기계적 변형에도 불구하고, 광전압과 광전류 등 전기적 특성은 대부분 유지됐으며, MHz급 고속 광응답 특성 역시 변형 전후 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 1000회 이상의 반복 인장 시험 후에도 성능 저하가 거의 없어, 실제 피부 움직임이나 착용 환경에서도 안정적인 동작이 가능함을 확인했다.공동 연구팀은 다학제적 협력을 통해 기존 센서의 속도와 감도 및 유연성의 한계를 해결하기 위해, 소자 내부 광활성층과 정공 운송층 사이에 카바졸 기반의 아인산(carbazole-based phosphonic acid, PACz) 박막을 만들어 전하 이동 경로를 정밀하게 제어하는 새로운 계면공학 전략에 주목했다. 특히 PACz 기반 계면층에 브롬(Bromine, Br)을 도입함으로써 광활성층 내부의 상 분포를 보다 안정적으로 유지하고, 전하 전달 효율을 향상시키는 방식으로 유기 소자의 고속 응답성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 기술적 돌파구를 제시했다.연구팀은 이를 바탕으로 두께 3μm 수준의 초박막 구조에서도 1MHz 이상의 근적외선 응답 속도와 높은 검출도, 0–90° 전 입사각에서의 성능 유지를 모두 만족하는 유기 광감지 소자 개발에 성공했다. 또한 이러한 고속·고감도 특성을 피부 부착 환경에서도 유지하도록 설계해, 실제 사람 피부 위에서 100m 이상 떨어진 곳에서 나오는 영상의 오디오 신호를 안정적으로 수신할 수 있는 센서 시스템을 구현하는 데에도 성공했다.김혁 서울시립대학교 교수(전자전기컴퓨터공학부)는 “이번 연구는 유기 광검출기에서 오랫동안 제기돼 온 응답 속도, 형태 안정성, 입사각 의존성의 한계를 계면공학적 접근을 통해 동시에 해결한 점에서 의미가 있다”며 “해당 기술은 피부 부착형 센서와 장거리 무선 광통신 등 다양한 웨어러블 응용으로 확장될 잠재력이 크다”라고 말했다.박성준 아주대 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 “초박막화와 계면 설계를 동시에 고려한 이번 접근법은 실제 인체 환경에서의 신뢰성을 한 단계 끌어올린 사례”라며 “웨어러블 기반 광통신과 차세대 헬스케어 기술의 실질적 적용 가능성을 크게 높였고, 앞으로 휴먼–머신 인터페이스를 포함한 다양한 인체 친화형 광전자 시스템으로 확장되는 핵심적 기술이 될 것”이라고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재 기술 개발 프로그램(소재글로벌영커넥트 사업, 나노미래소재원천기술개발 사업), 개인기초연구 과제(우수신진연구), 신진연구자 인프라구축사업, 대학ICT연구센터사업(ITRC), 중견연구자지원 사업(이공분야기초연구 사업), 글로벌기초연구실지원사업, 한국연구재단(NRF)의 시스템반도체 융합전문인력 육성사업과 산업통상자원부의 바이오 융복합기술 전문인력양성사업, 시장선도를 위한 한국 주도형 K-Sensor 기술개발 사업, 첨단전략산업초격차기술개발 사업, 산업혁신인재성장지원 사업(한국산업기술진흥원(KIAT)) 및 서울시립대학교 반도체연구센터의 연구 인프라 지원을 받아 수행됐다.* 위 그림 설명 : 초박막·초유연 근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)의 사람 피부에 대한 실제 적용 모습. 밝은 환경(500 lux)과 어두운 환경 모두에서 피부 굴곡과 움직임에도 안정적으로 밀착·동작함을 확인할 수 있다(왼쪽). 가운데 이미지는 손등 피부 위에 부착된 센서의 전체 모습이며, 오른쪽은 센서 활성 영역과 전극 구조를 단계적으로 확대한 광학 이미지로, 수 μm 두께의 초박막 소자가 미세한 피부 곡면에서도 손상 없이 유지됨을 보여준다.
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- 디지털 역사학 연구 성과- <사이언티픽 데이터(Scientific Data)> 12월호 게재아주대학교 인문과학연구소 연구팀이 조선시대의 대표적 인구·사회 자료인 ‘호적대장’을 인공지능(AI) 기술을 활용해 복원했다. 역사학 빅데이터를 인공지능 도구를 활용해 연구에 필요한 정보로 정제하고 복원하는 방법을 제시했다는 점에서 디지털 역사학 연구의 중요한 성과다.인문과학연구소(소장 이상국 사학과 교수)는 인공지능(AI) 기술을 활용해 조선시대의 대표적 인구·사회 자료인 대구부 호적대장(1681~1876)을 복원한 연구성과를 네이쳐 계열 저명 학술지 <사이언티픽 데이터(Scientific Data)> 12월호에 게재했다고 밝혔다. 해당 논문의 제목은 ‘한국 역사를 다시 엮다 : AI를 활용한 대구부 호적 복원(Reweaving the Threads of Korean History: AI-Driven Restoration of the Daegu-bu Household Registers(1681–1876))’이다. 우리 학교 인문과학연구소 이동규 연구교수와 경북대 문성민 교수(영어영문)가 공동 제1저자로 참여했고, 우리 학교 유재인 교수(금융공학)와 이상국 교수(사학)가 공동 교신저자로 참여했다. 이번 연구는 기존에 엑셀 파일 형식으로 제공되어 온 조선시대 대구부(Daegu-bu)의 호적대장 빅데이터를 활용해, 호적대장 기록에 존재하는 불완전성을 인공지능으로 추론·복원하는 방법론을 제시했다. 조선시대 호적대장은 개인과 가구, 직업과 신분, 가족 관계 등이 복합적으로 기록된 사료로, 전근대 한국 사회의 구조를 장기적으로 분석할 수 있는 핵심적 자료로 평가받아 왔다. 그러나 기록과 전승 과정에서 발생한 누락과 훼손으로 인해, 실제 연구에의 활용에는 상당한 제약과 한계가 있었다.아주대 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 마스크 언어 모델(Masked Language Model, MLM) 기반의 인공지능 기법을 적용해, 호적 데이터의 기록과 구조를 학습시키고 누락된 정보를 확률적으로 추론·복원했다. 이는 인공지능을 활용해 전통적인 역사 사료 데이터의 불완전성을 보완하고 분석 가능성을 확장했다는 점에서 디지털 역사학 연구의 중요한 사례다. 더불어 2000년대 이후 축적되어 온 ‘역사학 빅데이터’를 인공지능 도구를 활용해 연구에 필요한 정보로 정제 및 복원하는 과정과 방법을 구체적으로 제시했다는 점에서도 의의가 있다. 복원된 대구부 호적대장의 데이터셋은 앞으로 전근대 한국 사회의 ▲인구 구조 ▲직업 구성 ▲사회 계층의 장기적 변동 등을 보다 정밀하게 분석할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 전망이다. 이번 연구는 한국연구재단 <인문사회연구소 지원사업>의 일환으로 수행됐다. 아주대 연구팀은 ‘디지털 역사학의 정립과 확산(연구책임 이상국 교수)’이라는 주제로 지난 2022년부터 연구를 진행해왔다. 사업기간은 6년으로, 현재는 2단계 1년 차에 해당한다. 연구팀은 그동안 디지털 역사학과 연구방법론을 주제로 <히스토리 오브 더 패밀리(History of the Family)> 등의 국내외 학술지에 다수의 논문을 발표해 왔다. 더불어 인재 양성 측면에서도 여러 성과가 이어져, 인문과학연구소에서 연구교수로 활동한 김한신 박사가 충북대 사학과에 문성민 박사가 경북대 영어영문학과에 전임 교원으로 임용됐다. 인문과학연구소 연구팀은 앞으로도 AI 기반 역사 데이터 연구를 이어나갈 계획이다. 연구팀은 ▲전근대 한국 사회의 사회 이동성 ▲권력 구조와 불평등 ▲가문 및 가족사 등의 연구를 장기적으로 수행하기 위해 ‘HAVNet(Historical Archives Visualization Net)’이라는 데이터 허브를 구축하고 있다. 이를 통해 다양한 역사 사료를 연결하고, 인공지능 분석이 가능한 연구 인프라를 단계적으로 확장해 디지털 역사학의 방법론적 기반을 강화하고 전통 사료의 새로운 활용 가능성을 모색해 나갈 계획이다. 인문과학연구소는 또한 디지털 역사학과 인공지능 기반 연구 방법을 주제로 학부 및 대학원 교과과정을 운영하며, 연구 성과를 교육 현장으로 확산시키는 데에도 힘쓰고 있다. 이를 통해 데이터 기반 역사 연구에 대한 학생들의 이해를 높이고, 차세대 연구 인력을 체계적으로 키워내겠다는 목표다.
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[사진 좌측부터] 아주대 이준우 교수, KIST 문병준 박사, DGIST 최종민 교수, DGIST 유형렬 박사아주대 이준우 교수팀(응용화학과·대학원 분자과학기술학과)이 광전변환 효율과 습도에 강점을 가지는 양자점 태양전지의 새로운 소재를 개발했다. 양자점 태양전지의 광전변환효율(PCE)을 13.7%까지 끌어올리고, 초고습 환경에서도 24시간 이상 90% 이상의 성능을 유지하는 데 성공했다. 해당 연구는 국제학술지 Advanced Functional Materials에 게재되었으며 대구경북과학기술원(DGIST) 최종민 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 문병준 박사가 교신저자로 그리고 대구경북과학기술원(DGIST) 유형렬 박사가 제1저자로 참여했다. 양자점 태양전지는 비용이 저렴한 용액 공정으로 제조가 가능하고, 넓은 파장대의 빛을 흡수하는 장점 덕분에 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만, 정공 수송층(Hole Transport Layer, HTL)으로 사용되는 전도성 고분자인 도판트가 고정되지 않아 전하 이동이 원활하지 않고, 성능이 저하되는 문제가 있었다. 이 교수팀은 리튬 기반 도판트를 킬레이트(chelation) 방식으로 고정할 수 있는 소재(PBTBDF-TEG)를 개발해 불안정 문제를 해결했다. PBTBDF-TEG는 전도성 고분자 기반 정공 전달 소재로서 벤조디푸란(benzodifuran) 기반 공액 고분자에 에틸렌 글리콜 곁사슬을 도입했다. 에틸렌 글리콜 곁사슬과 리튬 이온이 결합하면서 도판트가 안정화됐고, 고분자 적층 간격이 감소하면서 전하 이동도 더 원활해졌다. 양자점 태양전지의 광전변환효율(PCE)은 13.7%을 달성했고, 수분 억제력도 좋아 초고습 환경에서 24시간 이상 90% 이상의 성능을 유지하는 데 성공했다. 이준우 아주대 교수는 “이번 연구는 도판트 확산 문제를 화학적 설계로 해결해 고효율과 안정성을 동시에 달성한 점에서 의미가 크다”며, “향후 양자점 태양전지뿐만 아니라 페로브스카이트 태양전지 등 다른 차세대 태양전지에도 적용 가능하다”고 설명했다.이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 지원사업과 아주대학교 교내 연구비 지원을 받아 수행됐다. [그림] 에틸렌글리콜 곁사슬 구조를 가진 고분자-리튬이온 간 고정 형태 및 양자점 태양전지 모식도. 에틸렌글리콜 정공전달 고분자의 도입으로 도판트 확산을 막고 리튬 이온을 고정화하여 고분자간 전하 이동 경로를 개선하고 수분 침투성을 억제하였다. 이에 전기적 특성 및 수분-장기 안정성이 증가하여, 기존에 양자점 태양전지에 비해 고습조건에서 장기안정성을 확보함과 동시에 성능이 16% 개선됐다.
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아주대∙UNIST 연구팀이 이황화텅스텐(WS₂) 나노닷(Nanodot)을 이용해 반도체 내부의 준입자인 ‘엑시톤’ 간의 상호작용을 강화할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 엑시톤의 특성을 잘 활용하면 기존에 없던 새로운 형태의 반도체 소자를 만들 수 있어 최근 활발히 연구가 이루어지고 있다.이번 연구 결과는 ‘WS₂ 나노점을 이용한 엑시톤 상호작용 증가 연구(Laterally Confined Monolayer WS₂ Nanodot for Enhanced Excitonic Interaction)’라는 제목으로 나노 분야 글로벌 저널 <나노 레터스(Nano Letters)> 10월 온라인판에 게재됐다.해당 연구는 아주대학교 물리학과와 울산과학기술원(UNIST) 연구진의 공동연구로 수행됐다. 아주대 에너지시스템학과 임승재 연구원과 UNIST 신소재공학과 여정인 연구원이 공동 제1저자로 참여했고, 아주대 물리학과 이재웅 교수와 UNIST 신소재공학과 서준기 교수가 공동 교신저자로 연구를 이끌었다.‘엑시톤’이란 반도체 내부에서 전자와 정공(hole)이 결합해 형성되는 준입자(quasiparticle)로, 반도체의 전기적·광학적 특성을 결정하는 핵심 요소다. 이러한 준입자들이 나노미터 수준의 좁은 공간에 갇혀 있을 때 나타나는 양자 상태의 변화를 ‘양자 구속효과’라고 한다. 특히 두께가 1nm 이하인 2차원 반도체에서는 엑시톤이 이차원 평면 상에 갇혀 있기 때문에 양자 구속효과로 인한 엑시톤 간 상호작용이 매우 강하게 나타난다. 이에 준입자가 여러 개 결합한 다체 준입자(many-body quasiparticle) 연구가 활발히 진행되고 있다. 슈퍼 컴퓨터 보다 월등히 빠른 양자 컴퓨터나 해킹이 불가능한 양자 암호 통신 등 새로운 양자 기술 개발의 토대를 마련하기 위해서다. 공동 연구팀은 빛이나 전자빔을 사용하는 기존 나노점 합성법과 달리, ‘다공성 박막 기반 합성법’을 개발해 높은 결정성을 가진 이황화텅스텐(WS₂) 이차원 나노점 제작에 성공했다. 새로 개발된 나노점은 두께가 1nm 이하에 크기는 수십 nm로, 기존 이차원 소재가 갖고 있는 수직 방향의 양자 구속효과 뿐만 아니라, 수평 방향의 움직임을 제한해 추가적인 양자 구속효과를 유도함으로써 엑시톤 밀도를 크게 증가시킬 수 있었다.그 결과 연구팀은 기존 이차원 시료에서는 관측이 매우 어려웠던 엑시톤 2개가 결합된 바이엑시톤 상태를 관측하는 데 성공했다. 또한 이황화텅스텐(WS₂) 나노점 구조에서 발생하는 빛의 밸리 분극(valley polarization) 특성도 향상되어, 밸리트로닉스(valleytronics) 기반 양자정보 소자 개발 가능성을 제시했다.이재웅 아주대 교수는 “이번 연구는 ‘엑시톤’의 특성을 제어하기 위해 새로운 방향을 제시한 것으로, 양자정보 소자의 설계에 활용될 수 있다”라며 “앞으로 양자광학 연구와 차세대 반도체 소자 개발 등에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구는 교육부의 G-LAMP 사업, 과학기술정보통신부의 기초연구실지원사업, 나노·소재기술개발사업, 양자정보 인적기반 조성 사업의 지원을 받아 수행됐다. 이차원 WS2 나노닷의 모식도 및 엑시톤에 의한 발광 신호를 보여주는 이미지* 위 사진 - 이재웅 교수팀의 연구 모습
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