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. "소상공인 AI 상생협업교육·AI 활용지원 참여 소상공인 모집해요"
  2. 충남대·공주대 규제특례… 전문대와 공동학위 길 열렸다
  3. 제1회 세종 마라톤 '모두 런', 6월 13일 막 올린다
  4. [날씨] 충청권 주말 낮 30도 안팎…구름 많고 일부 지역 소나기
  5. 대전 출신 황인범 체코전서 '멀티 공격포인트', 2026 북중미 월드컵 첫승 견인
  1. "농사지을 사람이 없다"…KAIST, '농업 인력 감소'가 미래 식량안보 최대 위협
  2. [드림인대전] ‘성골 유스’ 김지호, 대전하나시티즌 미래의 방점을 찍다
  3. “올해로 5회째” 한국영상대 미디어보이스 페스티벌 성료
  4. K-water 금강본부, 여름철 녹조 관리 선제 대응
  5. 임직원들이 함께 즐기는 월드컵

헤드라인 뉴스


"골 직감하는 순간 가슴 벅찼다"… 아들의 첫 골을 지켜본 황인범 아버지 진심

"골 직감하는 순간 가슴 벅찼다"… 아들의 첫 골을 지켜본 황인범 아버지 진심

북중미 월드컵 예선 1차전 체코전에서 소중한 동점골을 터트리며 대한민국 1승을 이끈 황인범, 그의 뒤에는 평생 그를 지켜보며 묵묵히 응원을 보내는 가족들이 있었다. 꿈에 그리던 월드컵 첫 골을 지켜본 황인범 선수의 아버지 황서연 씨는 "오늘의 기쁨 뒤에는 넘치는 사랑을 보내 준 대전팬들이 있었다"며 "부상 이슈로 걱정이 많았지만, 다행히 좋은 출발을 보여줘 다행이다. 남은 경기에도 많은 성원을 보내달라"고 당부했다. 다음은 황인범 아버지 황서연 씨 와의 1문 1답-황인범 선수가 월드컵에서 첫 골을 기록했다 소감은?▲선수 가족이라면..

[드림인대전] ‘성골 유스’ 김지호, 대전하나시티즌 미래의 방점을 찍다
[드림인대전] ‘성골 유스’ 김지호, 대전하나시티즌 미래의 방점을 찍다

대전하나시티즌의 미래를 책임질 '성골 유스' 김지호(고2)가 프로 무대를 향한 첫걸음을 내디뎠다. 대전하나시티즌은 지난 4월 유스 출신 유망주 4인과 준프로 계약을 체결하며 미래 자원을 확보했다. 그중에서도 압도적인 신체 조건과 폭발적인 스피드를 겸비한 공격수 김지호는 단연 돋보이는 재목이다.김지호 선수는 대전하나시티즌 U-12와 U-15를 모두 거친, 그야말로 구단의 역사를 함께해 온 성골 유스 선수다. 188cm라는 장신임에도 측면과 중앙을 가리지 않는 파괴력을 자랑한다. 그는 "대전 U-12 시절부터 프로팀 입단이라는 하나의..

천안법원, 무보험 차량을 운전한 혐의 `벌금 1000만원`
천안법원, 무보험 차량을 운전한 혐의 '벌금 1000만원'

대전지법 천안지원 형사5단독은 무보험 차량을 운전해 자동차손해배상보장법위반 혐의로 기소된 A씨에게 벌금 1000만원을 선고했다. 13일 법조계에 따르면 A씨는 2025년 4월 28일부터 2026년 1월 20일까지 의무보험에 가입돼 있지 않은 승용차를 총 55회에 걸쳐 운행한 혐의로 재판에 넘겨졌다. 류봉근 부장판사는 "피고인이 의무보험에 가입돼 있지 않은 승용차를 운행한 횟수 및 반복성에 비춰 판시 각 범행의 죄질이 좋지 않다"며 "피고인은 과거 동종의 범죄를 저질러 처벌을 받았다"고 양형이유를 밝혔다.천안=하재원 기자

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 임직원들이 함께 즐기는 월드컵 임직원들이 함께 즐기는 월드컵

  • ‘더 빠르게 접근한다’…무인수난구조보드를 활용한 인명구조 ‘더 빠르게 접근한다’…무인수난구조보드를 활용한 인명구조

  • ‘건강한 치아를 위해’ ‘건강한 치아를 위해’

  • 북중미 월드컵 개막 D-2…‘어디서 응원하지?’ 북중미 월드컵 개막 D-2…‘어디서 응원하지?’