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양자통신은 정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신으로, 고전적 통신용량의 한계를 극복할 대안이 되고 있습니다.

한 펄스에 여러 개의 정보를 중첩하여 전송하므로, 빠른 속도와 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있습니다.

지금까지 불가능하다고 여겨왔던 100km 이상의 장거리 양자통신을 가능하게 하는 방식이 개발됐습니다.

■ 인하대 함병승 교수는 양자메모리 분야에서 지금까지 한계로 인식되던 밀리초 정도의 짧은 저장시간(스핀위상전이시간)을 수 시간까지 저장할 수 있는(스핀밀도전이시간) 새로운 포톤에코 방식을 개발했습니다.

함 교수는 지난 2009년 광잠금 라만에코방식의 양자메모리 프로토콜을 개발하였지만(Nature Photonics 발표), 마이크로파 영역대의 에코신호를 광신호로 치환하는 번거로움과 양자소음 미해결이 문제점으로 대두되었습니다.

이번에 개발한 포톤에코방식은 기존의 '광잠금' 방식을 차용하여 저장시간은 동일하되, '이중재위상화' 방식을 적용하여 양자소음문제와 마이크로파-광신호 치환문제를 동시에 해결했습니다.

이번 양자메모리 연구는 기존의 연구방식과는 차별되는, 특히 국내 연구진 단독으로 일궈낸 의미 있는 결과로서, 우리나라가 미래형 차세대 양자정보처리와 장거리양자통신의 핵심원천기술을 선점하고 선도할 수 있는 계기를 마련했습니다.

이번 연구결과는 미국물리학회에서 발간하는 양자광학분야의 권위 있는 학술지인 'PRA Rapid Communications'에 4월 1일자로 게재됩니다.

(a) 광잠금/이중재위상 포톤에코를 위한 에너지준위.
(b) 전산모사 결과. D/W/R은 세펄스 포톤에코 방식을 이룸. C1/C2은 광잠금을 이룸. RR은 이중재위상 펄스. 첫 번째 에코 E1은 조용한 에코로서 발생이 억제되나, 이중재위상에 의한 최종에코 E2는 밀도반전 없이 발생.

이중재위상과 광잠금에 의한 포톤에코 한계극복

본 포톤에코-양자메모리 방식의 핵심은 기존의 포톤에코에서 한계였던 밀도반전에 의한 양자소음 문제를 그림의 RR에 의한 이중재위상화로 극복했고, 광위상전이에 국한된 짧은 저장시간 문제를 C1/C2에 의한 ‘광잠금’방식을 적용하여 스핀밀도전이시간으로 해결한 데 있다.
그림에서 보듯이, 재생에코 E2는 밀도반전 없이(붉은 선은 들뜬상태의 밀도를 나타냄) 저장시간이 연장되었는데, 이 때 저장시간은
기존물리학의 한계였던 스핀위상전이시간(천분의 일초)을 초월하여 스핀밀도전이시간 즉 수 시간까지 가능하다.


 용  어  설  명

양자메모리 :
고전적인 전자정보나 광정보를 원하는 시간만큼 저장시켰다가 다시 꺼내 쓸 수 있는 장치 혹은 기술에 상응하는 개념으로서, 비고전적 양자정보를 잠시 저장할 수 있는 장치 혹은 기술방식으로 양자정보처리에 있어서 핵심요소기술

광잠금 방식 :
고전/비고전을 막론하고 어떠한 광학적 정보든지 시간의 흐름에 따라 원래의 값을 잃게 되는데, 본 양자메모리에 있어 광밀도전이에 따른 양자정보의 유실을 막기 위해 들뜬 상태에 있는 원자들을 독립적 상태에 있는 바닥상태 스핀준위로 옮겨놓는 방법으로 양자메모리 저장시간을 획기적으로 늘릴 수 있는 핵심원리.

스핀밀도전이시간 :
매질내 광전이(가시광선, 적외선, 자외선 등의 파장을 가짐)에 있어 들뜬상태준위에 있는 원자들이 바닥상태준위로 떨어지는데 필요한 시간에 대응하는 것으로서, 바닥상태준위사이 혹은 스핀(마이크로 파장을 가짐)의 밀도전이시간.

양자통신 :
정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신. 고전적 통신용량의 한계를 극복할 대안으로, 한 펄스에 여러 개의 정보를 중첩하여 전송하므로, 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있음

라만에코 :
2준위계를 이용하는 포톤(혹은 스핀)에코와는 달리, 3준위계에서 서로 다른 두 개의 광신호의 양자결맞음을 스핀에 직접 대응(저장)시키는 방식.

이중재위상화 방식 :
전통적 포톤에코(photon echo)의 기본원리는 매질의 재위상화(rephasing)로 양자소음(quantum noise)을 야기하여, 이 문제를 해결하기 위해 2010년 함 교수팀이 이중(double) 재위상화 방식을 제안함


<연 구 개 요>

Coherent control of collective atom phase for ultralong, inversion-free photon echoes
B. S. Ham (Phys. Rev. A Rapid Communications. USA - 2012. 4. 1 출판)

무어의 법칙에 기초하여 지난세기를 이끌어 온 현대문명의 해심동력인 전자컴퓨터는 단위소자의 처리속도에서 볼 때, 그 기술적 진보는 사실상 멈추었다 해도 과언이 아니다.
무어의 법칙에 따른 나노기술의 발전은 결국 스스로를 파괴할 수밖에 없는 양자세계로 향하고 있어 양자현상은 더 이상 피할 수 없는 디지털 시대의 딜레마였다.
한편, 1995년 쇼어의 양자컴퓨팅 알고리즘은 양자역학에 기초한 미래 양자기술 발전을 추동시켰으나, 17년이 지난 현재 겨우 10여개의 양자큐빗을 구현하는데 그쳐 양자컴퓨팅에 대한 근본적인 회의가 생겨나고 있다.
그러나 아프리카 오지까지 보급되는 인터넷의 확장과 아이폰의 등장으로 촉발된 무선통신용량의 폭발적 증가세는 조만간 고전통신으로는 도저히 감내해낼 수 없는 지경에까지 내 몰릴 것이 확실시된다.
양자정보의 기술적 발전은 "더 빠르게"라는 무어의 법칙에서 "더 많이"와 "더 안전하게"라는 미래기술의 진보를 요청하고 있다. 즉, 고전적 통신용량의 한계를 극복할 대안으로 한 펄스에 여러 개의 양자정보를 중첩하여 전송하는 양자통신과 무조건적 보안에 기초한 양자암호는 이미 시대의 화두가 되어버린 셈이다.
 
양자통신은 고전적 디지털통신과 마찬가지로 전송거리에 한계(약 100km)가 있다. 고전통신에서 전송거리의 한계를 중계기 혹은 증폭기를 사용하여 무한거리로 확장할 수 있듯이, 양자통신에서는 양자리피터를 사용하여 극복하게 된다.
이 양자리피터에 있어 핵심소자는 양자메모리인데, 장거리 양자통신을 위해 필요한 양자메모리의 저장시간은 최소 1초로 알려져 있다.
불행하게도 현재까지의 관측된 양자메모리 저장시간은 1초보다 훨씬 짧으며 그 원리적 한계는 천분의 일초 정도에 불과한 스핀위상전이시간이다. 결국 물리학적 원리 극복 없이는 장거리 양자통신의 실용화는 요원한 셈이다.
 
인하대학교 함병승 교수는 이미 2009년 네이처 포토닉스에 장거리 양자통신을 가능케 하는 장시간 양자메모리 프로토콜을 제안한 바 있다.
이 양자메모리 프로토콜은 라만에코에 '광잠금(optical locking)'이란 독특한 방식을 적용한 것으로서 그 저장시간이 수 시간까지 연장될 수 있는 획기적인 것이었으나, 스핀에코를 광신호로 치환하는 부가적 과정과 광밀도역전(population inversion)에 따른 자발방출/자극방출로 인한 양자소음(quantum noise) 문제를 내포하고 있었다. 
 
2011년 함병승 교수는 '이중재위상'방식을 최초로 포톤에코에 적용하여 양자소음문제를 해결하였으며, 2012년 이를 '광잠금'과 결합하여 양자메모리 저장시간은 스핀밀도전이시간, 즉 수 시간까지 가능하고 밀도재역전(이중재위상)으로 인해 양자소음이 제거된 새로운 양자메모리 프로토콜을 제안하였다.
이에 따르면, 양자광신호의 다중양자모드 즉 다중양자광정보의 동시적인 장시간 저장이 가능하여 비로소 장거리 양자통신이 실용화될 수 있는 전기를 마련하였다.
본 논문은 2012년 4월 1일자 미국 물리학회 저널 Phys. Rev. A의 Rapid Communications에 게재될 예정인데, Rapid Communications은 PRL과 더불어 양자광학분야 최고의 논문으로 인정받는다.


<함병승 교수>
        

1. 인적사항
 ○ 성 명 : 함병승(咸炳承, 48세)
 ○ 소 속 : 인하대학교 IT공과대학 전기공학부

2. 학력
 ○ 1986 : 서강대학교 물리학과 이학사
 ○ 1993 : 미국 웨인주립대학교 물리학과 이학석사
 ○ 1995 : 미국 웨인주립대학교 전기/컴퓨터공학과 공학박사

3. 경력사항
 ○ 1996-1999 : 미국 MIT 및 공군연구소 박사후연구원
 ○ 1999-2003 : 한국전자통신연구원 선임연구원
 ○ 2000-2003 : 과기부지정 창의연구단장 (양자정보처리연구단) 및 한국전자통신연구원 팀장
 ○ 2003-2008 : 인하대학교 정보통신대학원 부교수
 ○ 2006-현재 : 교과부, 연구재단 지정 리더연구자지원사업 창의연구단장 (광양자정보처리연구단)
 ○ 2008-현재 : 인하대학교 전기공학부 교수
 ○ 2011-현재 : 인하대학교 인하펠로우 교수 (IFP)

4. 주요 연구 업적 및 수상
  ○ 1997 : 고체에서 전자기유도투과 최초 관측 (PRL게재 및 Science News에 보도)
  ○ 2002 : 고체에서 느린빛/정지빛 최초 관측 (PRL게재 및 Nature News에 보도)
  ○ 2009 : 장시간 양자메모리 프로토콜 제안 (Nature Photonics 게재)
  ○ 2010 : 교과부, 연구재단 이달의 과학기술자상 수상
  ○ 2010 : 인천시 과학기술대상 수상
  ○ 2010 : 기초연구우수성과 100선


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■ 건국대 나노기술연구센터  임용식 교수팀이 단일벽 탄소나노튜브(CNT)에서 광학기법인 시분해 분광법으로 직경이나 구조 등 다양한 나노튜브의 특성을 실시간으로 분석할 수 있는 기법을 개발했습니다.

연구팀은 반도체형 탄소나노튜브에서 전자구조의 결맞음성에 기인한 강한 진동신호 및 이에 수반되는 미세한 격자진동 신호를 처음으로 관측하고 분석했습니다.

연구팀이 개발한 새로운 나노계측 기술은 펄스폭이 극히 짧은 펨토초 펄스로  탐사하는 광학기법으로, 시료에서 발생하는 미세한 전자적 구조 변화와 원자간 격자진동의 변화를 시간 진행에 따라 투과세기의 변화로 직접 검출하는 레이저 분광법입니다.

검출된 탐사광의 세기는 독특한 여러 주파수의 합성으로 표현되는 데, 사용되는 레이저 중심파장을 변화시키면 검출된 진동 주파수(모드)도 민감하게 변합니다.

이러한 진동모드들은 시료 내부의 전자 구조의 정보를 반영할 뿐만 아니라 원자간(격자) 진동에 관한 정보를 담고 있습니다.

탄소나노튜브의 종류에 따라 고유 진동주파수도 달라지고 공명조건에 따라 진동세기도 다르기 때문에 이를 분석하면 각 튜브 종류에 따라 그 전자 준위와 격자 진동준위(구조)를 거의 완벽하게 추출할 수 있습니다.


 

■ 연구팀은 장파장 적외선 파장대역의 펨토초 레이저 광원을 사용해 레이저 고유의 결맞음성으로부터 파생된 나노튜브에 결맞는 격자진동 뿐만 아니라, 결맞는 전자적 구조에 기인한 강한 진동주파수 성분들을 추출하여 나노튜브를 분석할 수 있는 기법을 새로이 제시했습니다.

이러한 새로운 나노물질에 관한 시분해 정밀 계측기법은 기존에 나노물질의 크기나 종류를 구분하기 위한 전자 및 X선 현미경법, 라만 및 형광 분광측정법보다 여러 장점을 갖게 됩니다.

우선 고밀도 시료에 대해 전처리 과정이나 시료 손상 없이 동시 다발로 처리할 수 있는 능력과 높은 분해능을 가지며, 연속적인 파장 변환측정이 어려운 라만 측정이나 금속 나노튜브에서는 측정이 불가한 형광측정법에 비해 큰 차별성을 갖게 됩니다.

또 자외선 파장영역의 펨토초 광원을 이용하면 에너지 띠가 큰 양자 나노 재질이나 생체 내 약효 나노 재질의 거동 등에도 활용될 수 있습니다.



■ 연구팀은 이러한 계측기법을 적용하여 HiPco(튜브직경=1 nm), CoMoCAT (직경=0.8 nm), Arc-discharged CNT (직경=1.5 nm)에서 나노튜브 종류(형상) 분석 기술개발과 전자-격자 상호작용에 관한 기본 기작에 관한 연구를 국내외 연구팀과 공동으로 수행해 오고 있습니다.

이는 현재 우리나라가 나노과학기술 분야에서 세계적으로 최상위군의 리더로써 활발한 연구 개발을 수행하고 있지만 주로 나노 소재를 바탕으로 한 응용 연구에 집중되어 있어, 상대적으로 나노 물질에 관한 계측과 같은 기반 요소기술이 취약한 상황에서 이번 연구와 같은 계측분야의  새로운 기술개발은 상당한 의미를 가지고 또 향후 응용연구에 중요한 역할을 할 전망입니다.

이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 세계적 과학저널인 나노레터스(Nano Letters : IF 12.21) 최근호에 게재됐습니다.
(제목 : Coherent Electronic and Phononic Oscillations in Single-Walled Carbon Nanotubes)

또 연구팀은 이와 관련해 지난 2006년 유사 측정기법을  탄소나노튜브에 적용한 'Coherent Lattice Vibrations in Micelle-Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes'를 게재해(Nano Lett. 6, 2696, 2006) 약 40회 인용된 바 있습니다.

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ETRI(한국전자통신연구원)가 설립 이후 35년 간 연구개발을 통해 총 169조 8095억 원의 경제적 효과를 창출한 것으로 조사됐습니다.

이는 우리나라의 2011년 총예산인 309조 원의 약 55%에 해당되는 수치입니다.

ETRI의 연구결과가 산업체 매출액 창출에 기여한 '직접효과'는 108조 4483억 원, 파생되는 '간접효과'는 61조 3612억 원으로 집계됐습니다.

■ ETRI가 설립 35주년을 맞아 지금까지의 연구성과를 과학적으로 분석한 'ETRI 35년 연구개발 성과분석 보고서'를 발간했습니다.

이번 보고서는 과학기술정책연구원(STEPI)에 의뢰해 ETRI의 경제적 기여도 및 연구경쟁력을 분석한 자료입니다.

보고서에 나타난 경제적 파급효과의 분석 대상은 크게 ETRI의 대표 연구성과로 요약되는 8대 기술과 기타 기술로 구분됩니다.

ETRI 8대 기술은 ▲전전자교환기(TDX) ▲초고집적 반도체(DRAM) ▲디지털이동통신시스템(CDMA) ▲휴대인터넷 WiBro ▲지상파 DMB ▲차세대 OLED 조명 및 디스플레이 ▲4세대 이동통신시스템 LTE-Advanced ▲자동 통·번역 기술 등입니다.

이 중 경제적 파급효과가 가장 큰 기술은 'CDMA'로 54조 3923억 원, 그리고 이어 'TDX' 20조 5292억 원, DRAM 18조8996억 원, 'LTE-Advanced' 13조 944억 원 등입니다.

연구비 투입을 고려한 경제적 파급효과를 살펴보면, ETRI는 연구비 대비 약 4.5배의 경제적 파급효과를 창출한 것으로 나타났습니다.

■ 이번 성과분석 내용에는 연구기관의 주요 성과 지표인 논문, 특허, 기술이전에 대한 글로벌 연구기관 간 경쟁력 분석도 포함됐습니다.

ETRI는 2011년 기준 연구원 1인당 2.99건의 논문을 산출해 2위인 일본 AIST의 1.76건을 크게 앞질렀습니다.

특허 성과에서도 ETRI는 연구원 1인당 등록 특허 1.51건으로, 일본 AIST 0.57건, 대만 ITRI 0.23건 등 타 연구기관보다 많았습니다.

특히 연구예산 10억 원 당 등록 특허는 ETRI가 4.8건으로, 2위인 일본 AIST(2.2건)을 2배 이상 상회했습니다.

연구개발 결과의 상용화 정도를 가늠할 수 있는 총 연구비 수입 대비 기술료 수입 비율은 ETRI가 5.42%, 대만 ITRI 8.60%, 독일 프라운호퍼 5.61%에 이어 세번째를 차지했습니다.


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한국기계연구원이 발간한 월간 정책분석지 '기계기술정책' 3월호 중 '우리나라 기계산업 품목별 수출 시장 점유율 분석'(곽기호 연구원)을 보면, 우리나라 기계산업 실적이 최근 수출 500억 달러에 육박하는 등 지속적인 성장세를 보이고 있지만, 주력 수출 품목 가운데 세계시장 점유율 1위 품목은 단 1개에 불과한 것으로 나타났습니다.

이 분석 보고서에 따르면 2010년 기준 우리나라 기계산업의 73개 주요 수출 품목(연간 5천만 달러 이상) 중 수출 시장 점유율 1위 품목은 SITC 기준 상업용 직물·의류 세탁용 기계(7247) 단 1개였습니다.

또 세계 시장 점유율 1~10위를 기록한 품목은 총 43개로 전체 수출액의 82.2%를 차지했고, 점유율 2~4위 품목은 7개였습니다.
이 가운데 머시닝센터(7312)와 절삭 선반(7313)은 이탈리아와, 굴삭기 및 휠로더(7232)는 영국과 박빙의 격차로 접전 상태로 조사됐습니다. 

점유율 5~10위 품목은 모두 35개로, 이중 21개는 2004년 이후 10위권에 새로 진입했고, 전체 수출에서 차지하는 비중도 60%로 나타나는 등 최근 우리나라 기계산업의 수출 증가 견인에 핵심적인 역할을 하는 것으로 분석됐습니다. 
      
기계산업 분야 세계 1위인 독일은 총 58개 품목에 대해 수출 점유율 1위를 차지하는 것으로 나타났습니다.

독일을 포함한 중국, 일본, 미국, 이탈리아 등 수출 상위 5개국이 117개 품목 중 107개 품목에서 1위를 차지해 수출 확대를 위해서는 수출 점유율 1위 품목 확보가 반드시 필요한 것으로 분석됐습니다.

싱가포르는 항공기용 내연기관 및 부품(7131)에서 세계 1위의 점유율을 기록했는데, 이는 물류 거점이라는 지정학적 이점을 활용해 세계 항공 MRO(항공기 엔진 수리 및 정비) 시장에 진출했기 때문인 것으로 분석됐습니다.


기계기술정책 3월호 '우리나라 기계산업 품.pdf 

 

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현재 개발되고 있는 투명디스플레이는 출력되는 영상이 선명하지 않아 미세한 구별이 어렵기 때문에 실질적으로 상용화하기가 어려운 면이 있습니다.

왜냐하면 빛을 내는 형광체의 발광세기가 충분히 높지 않기 때문입니다.

또 형광체 재료로 사용되는 희토류 금속의 가격이 폭등하고 있는 것도 상용화를 위한 걸림돌로 지적되고 있습니다.

표면 플라즈몬은 금속박막 또는 나노입자 표면에서 일어나는 표면 자유전자들의 집단적인 진동현상입니다.

발광체 주변에서 표면 플라즈몬 공명 특성이 나타날 경우 발광체의 발광 재결합 속도가 증가해 발광체의 발광 특성이 향상될 수 있는 연구결과가 나왔습니다.


'나노 표면 플라즈몬' 이 발생하는 경우 전기적 필드가 집중되는 모습



■ KAIST 전기및전자공학과 이성민 박사과정 학생과 최경철 교수가 나노 표면 플라즈몬 현상을 이용해 투명 디스플레이의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발했습니다.

이번 기술은 스마트 쇼윈도우나 스마트 미러, 투명 단말기, 투명 핸드폰 등 보다 선명한 투명디스플레이 개발에 활용될 수 있습니다.

KAIST 연구팀은 불투명하고 빛을 반사하는 특성을 가진 금속을 나노입자 수준으로 아주 작게 만들면 빛이 금속입자를 통과해 투명하게 보이고, 금속입자들은 공명현상을 일으켜 발광세기를 증가시키는 '표면 플라즈몬' 현상이 발생하는 것에 주목했습니다.

이 현상을 이용해 연구팀은 나노크기의 은(Ag)을 희토류 금속이온이 첨가된 투명 형광물질로부터 수십 나노미터 이내에 위치하게 해 투명 형광물질의 발광세기를 최대 63.7% 향상시켰습니다.

‘나노 플라즈몬 공명’을 유도하기 위한 은 나노 입자의 형상



'나노 표면 플라즈몬‘ 이용한 투명 디스플레이


또 이 원리를 이용하면 전기·광학적 효율도 11%나 향상돼 저전력 투명디스플레이 소자를 구현할 수 있다는 점도 밝혀냈습니다.

이 기술은 최 교수팀이 지난 2009년 나노 표면 플라즈몬을 이용해 OLED의 밝기를 증가시킨 것에 대한 후속 연구 성과로, 나노 표면 플라즈몬의 차세대 디스플레이에 대한 활용 가능성을 높였다는 점에서 획기적인 연구 성과로 꼽히고 있습니다.


특히 나노 표면 플라즈몬 기술을 이용해 소자의 투명도를 유지하면서 발광체의 광 특성을 향상시켜 투명한 LCD, PDP, LED 등 미래 투명디스플레이 소자에 확대적용이 가능합니다.

이번 연구결과는 나노기술 분야 세계적 권위지 '스몰(Small)' 온라인 판 3월호에 게재됐습니다.


 

 용  어  해  설

투명 디스플레이 :
빛을 내는 형광물질과 광자발광, 전계발광, 음극선 발광 원리를 이용하여 구성된 디스플레이로서 투명 재료 기술을 접목하여 발광하지 않는 상태에서는 투명하다가, 발광을 하는 경우 이미지 및 동영상을 구현할 수 있는 형태의 차세대 디스플레이 소자.
 
나노 플라즈몬 현상 :
나노 크기로 형성된 금속 나노 입자에 특정 광원이 입사되었을 때, 광원의 파장에 따라 금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 공진적으로 진공하는 유사입자를 지칭한다.
금속 나노 입자의 재질, 모양 및 주변의 굴절률에 따라 공진하는 파장이 결정되므로 특정 색상을 띠게 되고, 유도된 표면 플라즈몬은 금속 나노 입자주위로 한정되는 특징이 있다. 

진공 열증착법 :
10-4 Torr 이하 높은 진공상태에서 증착하고자 하는 물질에 열을 가하여 기화시킨 후, 기체상태의 물질이 목표 기판에 도달하여 박막으로 증착시키는 방법. 

광효율 :
소비되는 전기량(전력) 대비 빛의 밝기가 어는 정도 인지는 알려주는 물리적인 양.

희토류 금속 :
첨단 산업에서 많이 사용되는 원소로서 란타넘 계열의 금속 원소 및 스칸듐과 이트륨을 합쳐 총 17종의 금속원소를 지칭하는데, 디스플레이 산업에서는 가시광선 영역의 빛을 발광하는 형광체를 제조하는 데 사용된다.
최근 디스플레이 산업의 원자재 가격 상승 문제와 관련하여 희토류 금속의 가격이 상승에 대한 관심이 증가하고 있다.

<최경철 교수>

 

성    명 : 최 경철 ( 崔  景  喆)
생년월일 : 1964년  2월  11일
근 무 지 : 대전시 유성구 구성동 한국과학기술원(KAIST)
          전기 및 전자 공학과

1982. 3 - 1986. 2 : 서울대학교 전기공학과 / 공학사
1986. 3 - 1988. 2 : 서울대학교 전기공학과 / 공학석사
1988. 3 - 1993. 8 : 서울대학교 전기공학과/ 공학박사

<주요경력>
1993. 9 - 1995. 4 : 고등기술연구원 / 선임연구원
1995. 5 - 1998. 5 : Spectron & HPD / 책임연구원
1998. 6 - 1999. 10 : 현대전자 디스플레이 선행연구소/ 책임연구원
2000. 3 - 2005. 1 : 세종대학교 전자공학과/ 부교수
                  ITRC 정보 디스플레이 연구 센터장
2005. 2 - 2009. 8 :  KAIST 전기및전자공학과 / 부교수
2009. 9 - 현재 : KAIST 전기및전자공학과 / 정교수
2011. 2 - 현재 : KAIST 전기및전자공학과 / 산학담당 부학과장
2011. 5 - 현재 : KAIST 석좌교수
2007. 8 - 현재 :  차세대 플렉시블 디스플레이 융합 센터장

<디스플레이 분야 활동 내역>
2005. 9 - 2010.12 : Associate Editor, IEEE/OSA Journal of Display Technology
2007. 8 - 현재 :  차세대 플렉시블 디스플레이 융합 센터장
2008. 1- 현재 : 한국 정보디스플레이 학회 국제협력이사/사업이사/학술이사
2000. 8 - 2005.7 : ITRC 정보 디스플레이 연구 센터장
2001. 7- 현재: Program committee member, International Meeting on Information Display
2010. 1 - 현재 : Program committee member, Society for Information 
2006. 12 : Outstanding poster award, International Display Workshop 2006
2007.  4 : 산업자원부 장관상

<이성민 연구원> 

성    명 : 이 성민 ( 李 星 旻)
생년월일 : 1981년  8월  8일
근 무 지 : 대전시 유성구 구성동 한국과학기술원(KAIST)
          전기 및 전자 공학과

<학    력>
2000. 3 - 2007. 2 : 한양대 전기전자 컴퓨터 공학부 / 공학사
2007. 3 - 2009. 2 : KAIST 전기 및 전자 공학과 / 공학석사
2009. 3 - 현재   : KAIST 전기 및 전자 공학과 / 공학박사


<주요경력>
2008. 2 - 현재 : 차세대 플렉시블 디스플레이 융합 센터 / 연구원

<연구업적>
나노 표면 플라즈몬 관련 SCI 저널 6편 출판(1편 출판예정)


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형광을 나타내는 나노입자는 바이오센서나 바이오이미징 등 광범위하게 활용될 수 있기 때문에 생체 내에서 안전하면서도 다양한 형광색을 갖는 물질 개발에 활용되고 있습니다.

대표적인 형광 나노입자로는 양자점이란 반도체 결정체가 있는데, 이들은 크기에 따라 여러 가지 고유한 형광을 나타내는 특징이 있습니다.

그러나 양자점은 카드늄 같은 중금속 원소를 활용함에 따라 생체 내 독성이 생길 수 있는 안전상의 문제를 갖고 있습니다.

또 다른 접근 방법으로 탄소를 기반으로 한 나노입자 개발이 진행되고 있는데, 열분해 방식이나 레이저를 이용하여 제작함에 따라 합성과정이 어렵고 생체응용을 위해 추가적인 표면처리 과정을 필요로 하는 단점이 있습니다.

■ 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 정봉현, 정진영 박사팀이 세계 최초로 다양한 형광색을 나타내는 풀러렌 나노입자를 개발했습니다.

풀러렌(fullerene, C60)은 60개의 탄소로 이루어진 탄소 나노물질로, 크기가 약 1 나노미터로, Smally 박사팀은 풀러렌을 발견한 공로로 1996년 노벨상을 수상한 바 있습니다.

풀러렌(C60) 구조



연구팀은 풀러렌을 이용해 생체 친화적이며 다양한 형광을 나타내는 나노입자를 세계 최초로 개발했습니다.

이번에 개발한 나노입자는 플러렌에 테트라에틸렌 글라이콜(tetraethylene glycol)를 결합시켜 만들어졌습니다.

물에 잘 안 녹는(소수성) ‘풀러렌’에 물에 잘 녹는(친수성) ‘테트라에틸렌 글라이콜’을 혼합한 후 촉매제인 리튬 하이드록사이드(LiOH)를 이용하여 제조한 형광 풀러렌 나노입자의 구조 및 개요도. 풀러렌의 농도에 따라 풀러렌 한 개당 결합된 테트라에틸렌 글라이콜의 수가 달라지며, 개수가 적을수록 붉은색에 가까운 형광을 띔

다양한 색을 나타내는 수용성 형광 풀러렌 나노입자와 각 대표색의 나노입자를 주입한 암세포 내 형광 이미징 사진



연구결과 물에 잘 녹는 성질을 갖는 동시에 형광이 약한 풀러렌 입자의 형광을 크게 증가시켜 형광물질로서 사용이 가능해 기존의 복잡한 공정으로 만들어지는 나노입자보다 간편하면서도 생체 응용을 위한 추가 표면처리가 필요 없는 장점을 갖췄습니다.

또 두 결합 물질의 농도 비율에 따라 풀러렌 나노입자의 형광색이 파랑에서 주황까지 다양하게 나타나고, 이러한 풀러렌 나노입자는 세포독성 적어 세포이미징에도 활용 가능할 전망입니다.

이번 연구결과는 재료 분야의 세계적 권위지인 '어드반스드 머트리얼(Advanced Materials)'지 3월 19일자 온라인 속보판에 게재됐고, 국내외 특허 출원됐습니다.
(논문명 : Color-tunable photoluminescent fullerene nanoparticles)

 용  어  설  명

양자점(Quantum Dots) :
화학적 합성 공정을 통해 만든 나노미터 크기의 반도체 결정체로서 초미세 반도체, 디스플레이 등의 분야에서 다양하게 활용될 수 있음

풀러렌(fullerene) :
탄소 동소체 중 하나로 60개의 탄소가 육각형과 오각형으로만 이루어져 있으며 1985년 Smally 박사에 의해 처음 발견된 이후로 구조와 물리화학적 특성이 활발히 연구되고 있는 분자이다.
독특한 대칭구조에 의한 반도체성 특성을 나타내며 자외선의 빛을 잘 흡수하며 전자전달특성이 뛰어나 태양전지의 재료로도 활용되고 있다.
뿐만 아니라 작은 크기(약 1nm)를 이용하여 약물이나 생체분자를 운반, 전달하는 등 생물/의약학 분야에도 활용되고 있다. 

바이오이미징 :
세포나 조직의 특성 및 활성을 관찰하기 위해 세포나 조직에 형광물질을 주입하여 현미경을 통해 관찰하는 기술로 최근 형광 나노입자를 적용하는 연구가 활발히 진행중이다.

재료학회지 'Advanced Materials' :
Willey 사에서 발행되는 재료분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 학회지(IF값 10.88)

<정봉현 박사> 

1959년생

주요 학력
  1978-1982 서울대학교 공과대학 화학공학과(학사)
  1982-1984 한국과학기술원 화학공학과  (석사)
  1983-1987 한국과학기술원 화학공학과  (박사)

주요 경력
  ○ 1990 - 1991 : California Institute of Technology, Post-Doc
  ○ 1987 - 2000 : 한국생명공학연구원 선임연구원/책임연구원
  ○ 2001 - 2003 : 한국생명공학연구원 융합생명공학연구실 실장
  ○ 2003 - 2005 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 센터장
  ○ 2006 - 2008 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구단 단장
  ○ 2008 - 현재 : 한국생명공학연구원 바이오나노연구센터 센터장

연구분야
  ○ BioNanotechnology(바이오나노)
  ○ Biochip/Biosensor(바이오칩/바이오센서)
  ○ Nanomedicine(나노메디슨)

주요 연구업적
  ○ 국제학술지 160편
  ○ 국내학술지 50편
  ○ 특허 출원 및 등록 120건

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