우주 구조원리 규명하는 '액정 결함' 변이 관찰 성공
한국과학기술원(KAIST)은 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀이 액정 결함의 형태 전이 과정을 규명했다고 1일 밝혔다.고체와 액체 중간 상태를 띠는 '액정'의 결함은 위상학적으로 블랙홀과 같은 현상과 비슷한 구조를 가진다. 우주의 원리를 연구하는 데 도움이 된다는 뜻이다.일반적으로 액정 재료는 액정표시장치(LCD)나 광학 센서 등에 사용된다. 이 과정에서 액정 결함을 최소화하는 게 성능 측면에서 유리한 것으로 알려졌다. 그러나 물질 특성상 액정 결함은 발생할 수밖에 없다는 게 통념이었다. 윤 교수 연구팀은 이 결함 구조를 이해하고 형성 원리를 명확하게 규명하는 연구에 집중해 온도 변화에 따른 상전이(phase transition, 물질이 온도·압력 등 외부 조건에 의해 상태가 바뀌는 현상)를 직접 관찰했다.
위상학적 결함의 상전이는 지난해 노벨물리학상 주제이기도 할 만큼 기초과학 분야에서 중요하다고 KAIST는 설명했다. 우주 은하 위상학적 구조적 원리도 이에 바탕을 두고 있어 많은 연구자가 집중하고 있는 분야다. 윤 교수 연구팀이 고안한 플랫폼의 위상학적 결함 구조는 광학 현미경으로 관찰이 가능한 수준의 크기다. 결함 상전이가 일어나는 시간도 수초에서 수분 단위여서 쉽게 관찰할 수 있다. KAIST 관계자는 "액정 재료가 형성하는 결함 구조는 하나의 특이점을 중심으로 방사형, 원형, 나선형 등의 형태를 보인다"고 부연했다. 할리우드 영화 '인터스텔라'에서도 등장한 그 특이점은 블랙홀 중심 부분에 해당한다. 연구팀은 물 위에 얇은 액정 재료 막을 만드는 방식으로 액정 분자 움직임을 제한하지 않았다. 이런 환경에서 온도가 변화하면 구조체를 구성하는 분자와 분자 사이 미세한 상호작용이 기판에 의한 표면효과보다 크기 때문에 위상학적 결함 상전이를 연속적으로 관찰할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
전이과정을 면밀히 살피면 중간 상태 결함 구조를 통해 첫 결함 형태와 구성 분자 배열을 정확히 역추적할 수도 있다고 덧붙였다. 윤동기 교수는 "발상의 전환을 통해 남들이 보지 못한 것을 볼 수 있었다"며 "액정 결함에 대한 이번 연구 결과는 산업적 측면과 아울러 기초 학문에도 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업과 신진연구지원사업 지원으로 수행했다. 김민준 박사가 제1 저자로 참여한 결과 논문은 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 5월 30일 자 온라인판에 실렸다.
http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2017/06/01/0200000000AKR20170601083400063.HTML?input=1195m
연합뉴스, 2017.06.01
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