절연체를 금속체로 바꾸는 '금속 절연체 전이' 세계최초 규명

  • 경제/과학
  • 대덕특구

절연체를 금속체로 바꾸는 '금속 절연체 전이' 세계최초 규명

  • 승인 2016-12-18 11:09
  • 신문게재 2016-12-19 13면
  • 최소망 기자최소망 기자
['미래의 노벨과학상 수상자' 대덕특구에서 찾는다]2. 김현탁 한국전자통신연구원 ICT소재부품연구소 창의연구실장


미래의 노벨과학상 수상자를 점칠 땐 과학자도 물론 중요하지만, 그보단 연구분야를 통해 예측하는 것이 더욱 일반적이다.

과학계에선 노벨물리학상 수상 가능성이 있는 분야로 꾸준하게 금속 절연체 전이(Metal-Insulator TransitionㆍMIT) 이론물리 분야가 꼽혀왔다.

이 분야에서 아직 노벨과학상 수상자가 없었던 만큼 해마다 기대감은 높아지고 있다.

대덕연구개발특구에 이 분야의 연구를 약 30년간 진행해 온 과학자가 있다.

김현탁 ETRI(한국전자통신연구원) ICT소재부품연구소 소재부품창의연구실장은 모트(Mott) 영국 캠브리지대 교수가 1949년 이론으로 예언한 MIT 현상을 56년만에 실험으로 증명하는 데 성공했다.

단기간에 성과를 내야 한다는 압박이 큰 정부출연연구기관에서 김 박사는 오랜 기간에 걸쳐 물리학사에 한 획을 그을 만한 성과를 낸 것이다.

모트 교수는 “금속의 자유전자들 사이에 서로 밀어내는 쿨롱(Coulomb) 에너지가 매우 커지면, 물질의 구조 상 전이(structure Phase Transition)가 일어나지 않으면서 금속에서 절연체로 전이가 일어날 수 있다”고 예언했다.

이에 김 박사는 2002년부터 바나디움 산화물(VO₂) 박막을 만들어 전류-전압특성 곡선으로 금속-절연체 전이(MIT)현상을 증명했으며, 마이크로 X-Ray 회절ㆍ마이크로 라만 등과 같은 실험으로도 확인했다.

MIT 현상을 이론적으로 설명하고자 실험과 함께 금속의 전자구조에서 수학적 발산(Divergence)를 갖는 'Brinkman-Rice(BR) picture'를 확장해 저농도의 정공(hole)을 첨가할 때 발산을 갖는 식 'Extended BR picture(hole-driven MIT)'을 유도해 실험을 설명하는 금속-절연체 전이 발산을 찾았다.

김 박사가 유도한 식의 발산은 정공의 농도 조절해 전자 간 상호작용의 크기를 변화하는 것을 의미하지만, 이전의 BR picture의 발산은 금속의 전자구조에서만 발산을 가져 쿨롱 에너지의 변화를 일으키는 수단을 제공하진 못했다.

김 박사가 개발한 식은 쿨롱 상호작용을 기반으로, 절대온도가 0일 때 적용되는 이론이며, 그 절대온도(T=0)에서 MIT을 '양자 임계점(Quantum Critical Point)'이라 한다.

이는 아직 미해결 문제인 고온초전도(High-Temperature Superconductorㆍ저항이 0인 도체), 초유동(Superfluidㆍ기체가 모든 물질을 관통하는 현상)을 설명하는 결정적인 단서가 될 실마리를 제공한 것이다.

지금까지 고온초전도, 초유동 문제 해결을 한 사람은 '노벨물리학상 수상 자격이 있다'고 알려졌다.

김 박사의 MIT 메카니즘 해결은 반도체를 넘어 신소자의 탄생, 신소자를 이용한 뉴론, 시냅스 등 신경망 회로 개발에 적용해 미래형 컴퓨터의 발명을 높일 수 있다.

김 박사는 “꿈이 있고 꿈을 위해 얼마나 진행하는지에 따라 연구 결과와 연구 성과는 달라질 수 있다고 믿는다”면서 “꿈을 위해 전진하면 특정 연구소나 연구 환경에 국한되지 않고 기회가 주어질 것”이라고 말했다.

김 박사는 현재 10년에 걸쳐 50여장에 달하는 논문을 준비하고 있다.

2~3년 안에 연구성과를 내야 하는 출연연에서 이 같이 철저한 연구 열정을 보여주는 과학자는 드물다.

김 박사는 “나는 열정이 있었기에 환경 탓을 하지 않고 스스로 환경을 개척하며 연구했다”면서 “기관의 역할인 국가 산업 발전에 이바지 할 수 있는 연구와 함께 내 기준에 있어 인류 발전을 이룩할 수 있는 연구 분야도 함께 진행해 온 것”이라고 말했다.

김 박사는 이어 “한국에 노벨상이 없는 이유는 꿈이 부족하기 때문”이라면서 “학자는 노벨상을 위해서 연구하는 것이 아니고, 인류의 발전을 위해서 일하는 것이다”라고 노벨상에 대한 자신의 소신을 밝혔다.

-김현탁 박사는?

▲부산대 물리학 학사, 서울대 물리학 석사, 일본 쯔꾸바대 공학연구 박사 학위를 취득하고, 쯔꾸바대에서 물리공학계 문부교관 조수로 3년간 몸담은 바 있다. 이후 1998년부터 ETRI에 입사해 약 28년간 연구에 매진 중이다. 이 과정 동안 국제논문을 약 106회 게재했고, 논문 인용 수는 4919회(12월 25일 기준)에 달한다. 또 MIT 현상을 이용하는 원천 및 응용특허는 국내 출원 75개·등록 51개, 국제 출원 244개·등록 80개를 보유하고 있다. 이 외에도 언론협회 자랑스러운 한국인 대상(IT 부문·2005년), 특허청 특허기술 대상인 세종대왕상(2006년), 특허청 최고상인 발명대왕상(2009년), 대한민국 기술대상 우수상(지식경제부 장관상), NET(New Excellent Technology) 인증 (지식경제부 주관), 과학기술창의상(국무총리상) 등을 수상했다.

최소망 기자 somangchoi@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 봉명동 시대 가고 '옥산 시대' 온다… 청주 농수산물 시장의 화려한 변신
  2. 전광석화처럼 뚫린 대전 숙원사업… 멈춘 현안들 속도전
  3. 내일부터 고유가 피해지원금 지급…첫 주는 출생년도 끝자리 요일제 적용
  4. 세종교육감 2차례 여론조사… 단일화 효과 반영되나
  5. 한밭대 우주국방첨단융합학과, 미래 안보·우주 인재 양성
  1. 출연연 공통행정 반대 목소리 잇달아 "중앙집중 통제 수단 변질"
  2. 한밭수목원 봄 나들이
  3. "부동층 잡아라" 대전교육감 예비후보 세 결집 표심 쟁탈전
  4. [주말 사건사고] 4월 마지막 주말, 화재로 인명·재산피해 잇따라
  5. 지난해 둔산·탄방 엘리베이터 나흘에 한번씩 멈췄다

헤드라인 뉴스


[기획] 선거때마다 장밋빛 청사진… 선거 끝나면 흐지부지 ‘찬밥’

[기획] 선거때마다 장밋빛 청사진… 선거 끝나면 흐지부지 ‘찬밥’

6월 3일 지방선거를 앞두고 여야는 최대격전지이자 민심 바로미터인 충청 민심 잡기에 골몰하고 있다. 정치권은 선거철마다 지역 현안의 장밋빛 청사진을 제시하며 충청의 표를 애걸한다. 광역교통망 구축과 국가사업 유치, 대전교도소 이전, 원도심 활성화, 청년 유출 대응 등이 그것이다. 하지만, 선거가 끝나면 여러 국정 현안에 우선순위가 밀리면서 흐지부지 되기 일쑤다. 지역 미래 성장동력 확충을 위한 주요 현안 상당수가 이처럼 해법을 찾지 못한 채 표류하고 있는 것이다. 이에 중도일보는 충청의 명운이 달린 6·3 지방선거를 30여 일 앞두..

"맛있는거 사먹을거에요" 고유가 피해지원금 신청 시작… 취약계층 발길
"맛있는거 사먹을거에요" 고유가 피해지원금 신청 시작… 취약계층 발길

27일 점심시간을 앞두고 찾은 대전 중구 오류동 행정복지센터. 민원실은 각종 서류를 발급받으려는 시민들로 붐볐지만, 한쪽에 마련된 고유가 피해지원금 신청 창구는 지난해 민생회복 소비쿠폰 지급 때와 달리 비교적 한산했다. 긴 대기줄과 혼잡은 보이지 않았고, 조용히 신청을 마치고 돌아가는 시민들만 오갔다. 이날 창구에서 신청을 마친 차상위계층 오 모(70) 씨 얼굴에는 옅은 미소가 번졌다. 오 씨는 지원금으로 무엇을 할 생각이냐는 물음에 "우리 같은 영세한 사람들은 이럴 때 한번 기분 내는 거지"라면서 "지인들과 맛있는 걸 사 먹을 계..

"파티원 구합니다"… 고물가 장기화에 대형마트·배달음식 소분
"파티원 구합니다"… 고물가 장기화에 대형마트·배달음식 소분

고물가 시대, 대형마트에서 상품을 나누거나 배달음식을 여러 사람이 소분하는 음식 나눔 모임이 생겨나고 있다. 그동안 창고형 대형마트 등에서 구매한 물품을 서로 나누는 형식은 자주 목격됐으나, 고물가 장기화에 일반 대형마트와 배달음식을 나누는 새로운 형식의 모임으로 진화하는 모습이다. 27일 중고거래 플랫폼 당근과 SNS 등에는 대형마트부터 배달음식까지 다양한 분야의 소분 모임이 형성되고 있다. 이마트와 롯데마트, 홈플러스 등에서 구매한 상품을 N분의 1하는 형식의 소분 모임이 중심이다. 설명 글에는 "각종 마트와 온라인 쇼핑몰에서..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 고유가 피해지원금 취약계층부터 지급 시작 고유가 피해지원금 취약계층부터 지급 시작

  • ‘3칸 굴절차량’ 실제 도로주행도 무난히 통과 ‘3칸 굴절차량’ 실제 도로주행도 무난히 통과

  • ‘초단기 계약, 임금 꼼수’…아파트경비원 처우 개선 촉구 ‘초단기 계약, 임금 꼼수’…아파트경비원 처우 개선 촉구

  • 한밭수목원 봄 나들이 한밭수목원 봄 나들이