전류가 손실 없이 흐르는 초전도 현상을 비롯한 물질 내부 양자현상의 핵심은 전자들이 언제 함께 움직이고, 언제 흩어지는지에 있다. KAIST 연구진이 전자들이 질서를 만들고 깨뜨리는 순간을 직접 ‘눈으로’ 확인하는 데 성공했다. KAIST는 물리학과 양용수·이성빈·양희준·김용관 교수팀이 스탠퍼드대학교와 국제 공동연구를 통해, 양자물질 내부에서 전하밀도파(Charge Density Wave)가 형성되고 사라지는 과정을 공간적으로 시각화하는 데 세계 최초로 성공했다고 20일 밝혔다. 초전도 상태는 에너지 손실 없이 전류가 100% 흐르는 상태로, 아주 낮은 온도에서 특정 물질에서만 나타난다. 음전하를 띠는 전자들은 일반적인 환경에서는 서로 밀어내지만, 초전도 상태에서는 둘씩 짝을 이뤄 움직이는 것으로 알려져 있다. 이러한 특성은 MRI 검사 장비와 자기부상열차 등에 이미 활용되고 있다. 이처럼 전하들이 강하게 얽혀 만들어내는 특별한 양자상태는 양자컴퓨터와 같은 차세대 양자기술의 기반이 된다. 초전도 현상을 비롯한 극저온 양자현상을 양자기술에 활용하기 위해서는 물질 속 전자들을 원하는 대로 정밀하게 제어하는 기술이 필수적이다. 그러나 극저온 환경에서 전자들이 만들
광주과학기술원은 화학과 박찬호 교수와 환경·에너지공학과 문승현 초빙석학교수, 포스코홀딩스 김재훈 박사 공동 연구팀이 동결건조 과일처럼 내부에 구멍이 많은 다공성 구조를 연료전지 전극 설계에 적용해, 연료전지의 출력과 안정성을 동시에 향상시키는 새로운 막-전극 접합체(MEA) 구조를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 동결건조 기술을 활용해 만든 다공성 촉매층과 전해질막을 연속적인 하나의 구조로 결합함으로써, 연료전지 반응이 일어나는 핵심 공간인 삼상계면을 기존의 평면 구조가 아닌 3차원 입체 구조로 확장했다는 점이다. 이를 통해 가스 확산과 전기화학 반응 효율을 동시에 개선하며 이동형 연료전지 적용 가능성을 크게 높였다. 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)는 수소를 연료로 전기를 생산하고 부산물로 물만 배출하는 친환경 에너지 변환 기술로, 수소 전기차를 비롯한 중·대형 운송수단에 활용되고 있다. 그러나 백금 촉매 사용량을 줄이면서도 높은 출력과 장기 안정성을 동시에 확보하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 기존 박막형 촉매층 구조에서는 실제 반응이 일어나는 삼상계면이 촉매층과 전해질막 사이의 얇은 2차원 영역에 국한돼, 가스 확산과 이온 전달
아주 먼 우주의 블랙홀을 선명하게 관측하려면 여러 대의 전파망원경이 마치 하나의 거대한 망원경처럼 정확히 같은 시각에 신호를 포착해야 한다. 이를 위해서는 관측 시점과 위상을 극도로 정밀하게 맞추는 기준 신호 기술이 필수적이다. KAIST 연구진이 레이저 빛을 활용해 전파망원경의 관측 기준을 획기적으로 향상시키는 기술을 개발했다. KAIST는 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 한국천문연구원, 한국표준과학연구원, 막스플랑크 전파천문연구소와 공동으로 광주파수빗(optical frequency comb) 레이저를 전파망원경 수신기에 직접 적용하는 기술을 세계 최초로 구현했다고 15일 밝혔다. 광주파수빗 레이저는 단일 주파수를 내는 일반 레이저와 달리, 수만 개 이상의 정밀한 주파수가 일정한 간격으로 배열된 형태의 빛을 생성한다. 각 주파수의 값과 간격을 원자시계 수준으로 정확하게 제어할 수 있어, 과학계에서는 ‘빛으로 만든 초정밀 자’로 불린다. 초장기선 전파간섭계(VLBI) 관측의 핵심은 여러 전파망원경이 수신한 신호의 위상을 정확히 일치시키는 것이다. 기존 전자식 기준 신호 방식은 관측 주파수가 높아질수록 기준 신호 자체의 미세한 흔들림으로 인해 위상 보정에 한
층상 소재에 42종 금속 자유 삽입하는 합성 기술 개발 겹겹이 쌓인 층상 소재 안에 원하는 금속을 손쉽게 삽입해 소재 성능을 전략적으로 조절할 수 있는 합성 기술이 개발됐다. 산업 현장에 필요한 맞춤형 촉매와 이차전지 소재 설계 등 다양한 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. UNIST 신소재공학과 조승호 교수팀은 에너지화학공학과 안광진 교수, 반도체소재·부품대학원 정후영 교수, 서울대학교 한정우 교수팀과 함께 층상 티타네이트(layered titanate)의 층간에 알칼리 금속부터 희토류까지 총 42종의 금속 가운데 원하는 금속을 삽입할 수 있는 새로운 합성 방법을 개발했다고 14일 밝혔다. 층상 티타네이트는 얇은 층이 겹겹이 쌓인 구조의 티타늄 산화물로, 층과 층 사이 공간에 금속 양이온을 수용할 수 있어 배터리 전극이나 촉매 지지체 소재로 주목받아 왔다. 그러나 기존에는 고온 열처리와 강산 세척 과정을 거쳐야 했고, 삽입 가능한 금속 종류도 제한적이라는 한계가 있었다. 연구팀은 수산화암모늄 용액을 활용한 새로운 합성법을 제시했다. 수산화암모늄 용액에 녹아 있는 티타늄 산화물 원료 성분이 화학 반응을 거쳐 층상 구조로 조립되는 상향식 합성 방식으로,
TV, 스마트폰, 조명처럼 빛을 내는 반도체는 우리 일상 곳곳에 쓰이고 있다. 하지만 친환경 반도체를 만들기 위해서는 아직 넘어야 할 기술적 장벽이 많다. 특히 머리카락 굵기(약 10만 나노미터)보다 수만 배 작은 크기의 나노 반도체는 이론적으로는 밝은 빛을 낼 수 있지만, 실제로는 빛이 거의 나지 않는 문제가 있었다. KAIST 연구진이 이 한계를 해결할 수 있는 새로운 표면 제어 기술을 개발했다. KAIST는 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 차세대 친환경 반도체 소재로 주목받는 나노 반도체 입자인 인듐 포스파이드(InP) 매직 사이즈 나노결정(Magic-Sized Clusters, MSC)의 표면을 원자 수준에서 제어하는 원천 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 인듐 포스파이드(InP)는 인듐(In)과 인(P)으로 만든 화합물 반도체 물질로, 카드뮴과 같은 환경 유해 물질을 사용하지 않는 친환경 반도체 소재다. 연구팀이 주목한 소재는 ‘매직 사이즈 나노결정’이라 불리는 수십 개의 원자로 이루어진 초소형 반도체 입자다. 이 물질은 모든 입자가 동일한 크기와 구조를 가져 이론적으로는 매우 선명한 빛을 낼 수 있다. 하지만 크기가 1~2나노미터에 불과해 표면에
전력 공급 없이 태양광만으로 바닷물을 가열해 마시는 물로 바꿀 수 있는 해수 담수화 기술이 나왔다. 전력 인프라가 부족한 개발도상국이나 도서 지역의 식수난 해결에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 울산과학기술원은 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀이 햇빛을 받아 바닷물을 가열하는 3원계 산화물 기반 고성능 증발기를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 장치는 해수를 증발시킨 뒤 응축 과정을 거쳐 전력 없이도 식수를 얻을 수 있는 구조다. 연구팀이 개발한 증발기를 바닷물 위에 띄워 놓을 경우, 1제곱미터(1㎡) 기준으로 1시간에 약 4.1리터의 식수를 생산할 수 있다. 이는 자연적인 해수 증발 속도의 약 7배에 달하는 수준으로, 현재까지 학계에 보고된 산화물 소재 기반 증발기 가운데 세계 최고 수준의 성능이다. 이 같은 고효율의 핵심은 새로운 광열변환 소재에 있다. 광열변환 소재는 태양빛을 흡수해 열로 바꾸는 물질로, 증발기 표면에 얇게 코팅돼 해수를 가열한다. 연구팀은 내식성이 뛰어난 망간 산화물에서 망간 일부를 구리와 크롬으로 치환해 3원계 산화물 광열변환 소재를 구현했다. 이는 물질 조성을 조절해 태양광 흡수 대역을 설계하는 ‘밴드갭 엔지니어링’ 기술을 적용한
광주과학기술원은 생명과학과 남정석 교수 연구팀이 간암에서 약물 내성과 면역 회피를 동시에 유발하는 핵심 단백질 ‘디스에드헤린(Dysadherin)’을 규명하고, 이를 표적으로 한 치료 전략의 가능성을 제시했다고 밝혔다. 이번 연구는 간암 치료의 최대 난제로 꼽혀 온 재발과 치료 저항성의 공통 기전을 밝혔다는 점에서 의미가 있다. 간암은 치료 이후 재발이 잦고 기존 항암제나 면역항암제에 대한 반응이 제한적인 경우가 많다. 특히 항암 치료 후에도 살아남아 종양을 다시 형성하는 암 줄기세포와, 면역세포의 공격을 차단하는 종양 미세환경이 치료 효과를 떨어뜨리는 주요 원인으로 지목돼 왔다. 연구팀은 임상 환자 데이터 분석과 생쥐 종양 모델, 인간화 마우스 모델을 활용해 디스에드헤린이 발현될 경우 간암의 진행 속도와 공격성이 증가하고 재발 위험도 높아진다는 사실을 확인했다. 아울러 디스에드헤린이 암 줄기세포 형성과 면역 회피를 하나의 신호 흐름으로 동시에 유도한다는 작동 원리도 규명했다. 간암 환자의 유전체 데이터를 분석한 결과, 디스에드헤린 발현이 높은 환자군은 예후가 나쁘고 종양 진행 위험이 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였다. 디스에드헤린 발현 증가와 함께 암 줄기세
KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 University of California San Diego 생명공학과 연구진과 함께 인공지능을 활용한 미생물 유전자 기능 발견을 획기적으로 가속할 수 있는 최신 연구 전략을 제시했다고 12일 밝혔다. 전장 유전체 해독 기술이 본격화된 2000년대 초반 이후 유전자 구성은 빠르게 규명됐지만, 상당수 미생물 유전자의 기능은 여전히 밝혀지지 않은 상태다. 유전자 기능 규명은 미생물 연구 분야의 대표적인 난제로 꼽혀왔다. 그동안 유전자 결실 실험과 발현 조절, 시험관 내 활성 측정 등 다양한 실험 기법이 활용됐으나, 대규모 실험의 한계와 복잡한 생물학적 상호작용, 실험 결과와 실제 생체 반응 간 차이로 인해 많은 시간과 비용이 소요됐다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전산생물학과 실험생물학을 결합한 AI 기반 접근이 필수적이라고 강조했다. 이번 리뷰 논문에서는 기존 서열 유사성 분석부터 최신 심층학습 기반 AI 모델까지 유전자 기능 발견을 촉진해 온 다양한 전산생물학적 방법을 체계적으로 정리했다. 특히 단백질 3차원 구조 예측 기술은 유전자 기능 추정을 넘어 작동 원리 이해로 연구 범위를 확장하고 있다.
충남대학교는 신소재공학과 박상백 교수와 전남대학교 기계공학부 차진혁 교수 공동 연구팀이 높은 온도에서도 폭발 위험이 없는 차세대 리튬 반고체전지 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구는 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬전지의 고온·충격 환경에서의 화재 및 폭발 위험을 근본적으로 줄이는 데 초점을 맞췄다. 연구팀은 전해질이 흐르지 않도록 구조적으로 가두는 방식의 새로운 접근법을 적용했다. 연구팀은 액체 전해질을 1차원 나노 구조의 금속유기골격체 내부, 서브나노미터 수준의 초미세 공간에 완전히 가두는 데 성공했다. 이를 통해 전해질이 외부로 이동하지 않는 반고체 상태를 구현했다. 이번에 도입한 1차원 MOF 구조는 연속적인 통로를 통해 기공 외부에 남아 있는 액체 전해질을 제거할 수 있도록 설계됐다. 이 구조를 활용해 전해질 전체를 반고체 상태로 전환했다. 연구팀은 인공지능 기반 시뮬레이션을 활용해 머리카락 굵기보다 수만 배 작은 초미세 공간 속에서 리튬 이온이 이동하는 과정을 분석했다. 이를 통해 초미세 공간에서의 리튬 이온 거동을 세계 최초로 규명했다. 실험 결과 기존 액체 전해질 기반 리튬전지는 100도의 고온 환경에서 성능이 급격히 저하되거나 작동이
비닐처럼 얇고 유연하면서도 높은 열을 견딜 수 있는 차세대 고성능 통신 반도체 스위치가 개발됐다. 고온 환경과 반복적인 굴곡에도 안정적인 5G·6G 통신이 가능해 웨어러블 기기와 자율주행차 등 가혹한 환경에서의 활용이 기대된다. UNIST는 전기전자공학과 김명수 교수 연구팀이 단국대학교 김민주 교수 연구팀과 공동으로 고성능 유연 RF 스위치를 개발했다고 8일 밝혔다. RF 스위치는 신호 간섭을 줄이고 전력을 효율적으로 분배하는 핵심 통신 부품이다. 기존 상용 RF 스위치는 딱딱한 무기물 기반으로, 접힘이나 반복 굴곡에 취약해 완전히 말리거나 착용 가능한 통신 기기 구현에는 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 RF 스위치는 비닐처럼 얇고 유연한 고분자 기반임에도 높은 내열성과 무기물 수준의 통신 성능을 동시에 확보했다. 일반적인 유기 고분자 RF 소자는 열에 약하고, 특히 5G·6G 대역에서 성능 저하가 컸다. 실험 결과 해당 RF 스위치는 128.7℃의 고온 환경에서도 10년 이상 데이터가 유지될 수 있는 수준의 안정성을 보였다. 통신 성능 시험에서는 밀리미터파 대역을 포함해 최대 5.38테라헤르츠까지 신호를 안정적으로 전달하고 차단했다. 이는 고분자 기반 스위
메모리와 태양전지 등은 모두 반도체로 만들어지며, 반도체 내부에는 전기 흐름을 방해하는 보이지 않는 결함이 숨어 있을 수 있다. 공동연구진이 이러한 ‘숨은 결함(전자 트랩)’을 기존보다 약 1000배 더 민감하게 찾아낼 수 있는 새로운 분석 방법을 개발했다. 이 기술은 반도체 성능과 수명을 높이고, 불량 원인을 보다 정확히 규명해 개발 비용과 시간을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. KAIST는 신소재공학과 신병하 교수와 IBM T. J. Watson 연구소 오키 구나완 박사 공동 연구팀이 반도체 내부에서 전기를 방해하는 결함인 전자 트랩과 전자의 이동 특성을 동시에 분석할 수 있는 새로운 측정 기법을 개발했다고 8일 밝혔다. 반도체 안에는 전자를 먼저 붙잡아 이동을 막는 전자 트랩이 존재할 수 있다. 전자가 여기에 걸리면 전기가 원활히 흐르지 못해 누설 전류가 발생하거나 소자 성능이 저하된다. 따라서 반도체 성능을 정확히 평가하려면 전자 트랩이 얼마나 많고, 전자를 얼마나 강하게 붙잡는지를 파악하는 것이 중요하다. 연구팀은 오래전부터 반도체 분석에 사용돼 온 홀 측정에 주목했다. 홀 측정은 전기와 자기장을 이용해 전자의 움직임을 분석하는 방법이다. 연구
DGIST 에너지공학과 인수일 교수 연구팀은 첨가제 및 반용매 공정 제어 기술을 적용해 페로브스카이트 기반 베타전지의 핵심 구성 요소인 방사선 흡수체 성능을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다. 이 기술을 통해 방사선 에너지를 전기로 변환하는 효율과 장기 안정성을 동시에 크게 개선함으로써, 외부 충전 없이 장기간 작동 가능한 고성능 차세대 베타전지 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 인공지능, 사물인터넷, 우주 탐사 기술이 빠르게 발전하면서 극한 환경에서도 유지보수 없이 장기간 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 차세대 에너지원에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 리튬이온 배터리는 수명이 제한적이고 화재 위험이 있으며, 주기적인 충전과 교체가 필요하다는 한계를 지닌다. 이러한 한계를 극복할 대안으로 주목받는 베타전지는 방사성 동위원소가 붕괴하면서 방출하는 베타선 전자를 전기에너지로 변환하는 장치다. 외부 전력 공급 없이 자체적으로 전력을 생산할 수 있고, 동위원소의 반감기에 따라 매우 긴 수명을 확보할 수 있으며, 방사선 관리 또한 가능한 수준이라는 장점이 있다. 다만 기존 베타전지는 방사선 흡수체 소재의 낮은 에너지 변환 효율로 인해 상용화에 어려움을 겪어
광주과학기술원(GIST)은 환경·에너지공학과 윤진호 교수가 이끄는 국제 공동연구팀이 인공지능 기술을 활용해 미국 서부 지역의 기상 상태를 최대 32일 뒤까지 기존보다 더 세밀하고 정확하게 예측할 수 있는 새로운 기상예보 방법을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 복잡한 산악·해안·내륙 지형이 혼재해 예측 난도가 높은 미국 서부 지역에서 성능을 검증했다는 점에서, 기후위기 시대 고해상도 지역 예보 기술의 새로운 가능성을 제시한다. 기존 기상청과 유럽중기예보센터 등에서 활용하는 수치예보 모델은 약 120km 간격의 비교적 넓은 예보 구역 단위로 정보를 제공해 지역 특성을 충분히 반영하기 어렵다는 한계가 있었다. 특히 미국 서부는 고도 차이가 크고 해양과 내륙 간 기단 교환이 활발해 실제 날씨가 지형에 따라 크게 달라지는 지역으로, 예측 정확도를 높이기 어려운 곳으로 알려져 있다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 날씨가 시간에 따라 어떻게 이어지고 변화하는지를 함께 학습하도록 설계한 ‘3차원 U-Net 기반 AI 예보 후처리 모델’을 개발했다. 이 모델은 예보 선행시간 전체를 하나의 연속된 흐름으로 분석해, 비교적 정확도가 높은 초단기·중기 예보 정보를 활용해 연장중기
배터리는 스마트폰과 전기차 등 현대 사회의 필수 기술이지만 화재·폭발 위험과 높은 비용이라는 한계를 안고 있다. 이를 해결할 대안으로 전고체 배터리가 주목받아 왔지만, 안전성·성능·가격을 동시에 만족시키는 데에는 어려움이 있었다. 이러한 가운데 국내 연구진이 비싼 금속을 추가하지 않고 구조 설계만으로 전고체 배터리 성능을 수 배 향상시키는 데 성공했다. KAIST는 신소재공학과 서동화 교수 연구팀이 서울대학교 정성균 교수, 연세대학교 정윤석 교수, 동국대학교 남경완 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 저비용 원료를 사용하면서도 폭발과 화재 위험이 낮고 성능이 우수한 전고체 배터리 핵심 소재 설계 방법을 개발했다고 7일 밝혔다. 일반 배터리는 액체 전해질 안에서 리튬 이온이 이동하는 반면 전고체 배터리는 액체 대신 고체 전해질을 사용한다. 이로 인해 전고체 배터리는 안전성이 높지만 고체 내부에서 리튬 이온이 빠르게 이동하도록 만들기 위해서는 그동안 값비싼 금속을 사용하거나 복잡한 제조 공정이 필요하다는 한계가 있었다. 연구팀은 전고체 전해질 내부에 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있는 통로를 만들기 위해 산소(O²⁻)와 황(S²⁻)과 같은 이가 음이온에 주목했다
배터리 용량을 늘리려고 전극 자체를 두껍게 만들면 출력이 떨어지는 문제가 생긴다. 이를 해결할 후막 전극이 새롭게 개발됐다. 주행 거리가 길어져도 오르막길을 오를 때 힘이 딸리지 않는 전기차 개발에 청신호가 켜졌다. UNIST 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 배터리 후막 전극 내 다공성 구조를 최적화함으로써 출력을 기존 대비 75% 높인 대용량 전극을 개발했다고 5일 밝혔다. 전기차 시장의 화두는 단연 주행거리다. 배터리 전극 자체를 두껍게 쌓아 배터리 용량을 늘리는 ‘후막’ 전극 기술이 주목받는 이유다. 하지만 전극이 두꺼워지면 순간적으로 전기를 방출하는 출력 성능이 떨어지는 문제가 뒤따른다. 전극 두께만큼 리튬이온이 이동해야 할 거리가 늘어나고 통로가 복잡해져 방전 과정이 느려지기 때문이다. 연구팀이 개발한 전극은 면적당 용량이 10mAh/cm²에 달하는 고용량임에도 출력 성능이 뛰어나다. 특히 2C 고출력 환경에서 기존 전극은 면적당 용량이 0.98 mAh/cm²에 그친 반면, 연구팀이 개발한 전극은 1.71 mAh/cm²를 기록했다. 짧은 시간 안에 뽑아낼 수 있는 전기 에너지가 약 75% 늘어났다는 의미다. 연구팀은 전극 내 기공을 두 종류로 분류하
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