민병권 KIST 청정신기술연구본부장 [과학 라운지] 2003년은 미국의 조지 부시(George W. Bush) 대통령이 석유 경제의 대안으로 ‘수소 경제(Hydrogen Fuel Initiative)’를 선언하면서 수소에 대한 관심이 전 세계적으로 최고조에 이르렀던 시기였다. 다양한 오염 물질을 발생시키는 석유와 달리, 연소 시 물 이외의 부산물을 발생시키지 않는 수소가 최선의 에너지원으로 부각됐다. 그런데 2년 뒤인 2005년에 1994년 노벨화학상 수상자인 조지 앤드루 올라 교수가 수소의 근원적 약점을 지적하면서 메탄올이 훨씬 큰 경쟁력을 갖고 있다고 주장했다. 올라 교수는 수소를 생산하려면 화석연료를 많이 투입해야 하는데, 이 과정에서 대량의 이산화탄소를 배출한다는 점, 수소가 매우 가벼운 기체이기 때문에 수소를 저장하거나 운반하기 어렵다는 점을 약점으로 지적했다. 이에 비해 메탄올은 오염 물질을 거의 발생시키지 않고, 수소보다 저장과 운반이 쉽다. 2000년대 초반을 뜨겁게 달군 에너지 경제 논쟁은 ‘탄소 중립’이라는 글로벌 어젠다의 등장으로 최근 다시 관심을 받고 있다. 수소 경제 초창기에 논의됐던 수소가 화석연료에서 생산하는 ‘그레이 수소’를 의미했다면, 최근에는 이산화탄소 배출 문제를 해결할 수 있는 재생에너지와 물 분해를 결합해 생산하는 ‘그린 수소’가 각광받고 있다. 하지만 그린 수소라 하더라도 저장과 운반 문제는 해결되지 않은 상태다. KIST는 최근 ‘그린-올 경제’라는 신개념을 제시했다. 그린-올 경제의 핵심 개념은 화력발전소·제철소 같은 이산화탄소 배출원이나 공기 중에서 이산화탄소를 포집한 후, 전기화학적 반응을 통해 다양한 종류의 알코올로 전환하는 것이다. 그린-올 경제는 다양한 화학제품의 기초 원료로 광범위하게 활용된 메탄올을 그린 수소 저장체로 역할을 확대하는 것을 제안한다. 액체인 메탄올은 쉽게 저장·운반될 수 있고 열분해 또는 전기분해를 통해 쉽게 수소 기체로 분해할 수 있어, 그린 수소의 저장 및 수송 시 문제점을 근원적으로 해결할 수 있기 때문이다. 에탄올 또한 그린-올 경제의 훌륭한 후보 물질이다. 에탄올은 가솔린 등과 혼합된 형태 또는 그 자체로 자동차 연료로 사용되고 있다. 이 뿐만 아니라 실제 옥수수 같은 바이오매스에서 생산한 바이오 에탄올은 청정 연료로 널리 사용되고 있다. 따라서 에탄올을 대량생산할 수 있다면 기존 자동차 엔진 시스템을 유지하면서도 탄소 중립형 수송 에너지로 활용할 수 있다. 탄소 중립을 달성하려면 에너지 분야에서 혁신이 일어나야만 하는 상황이다. 그린-올 프로세스는 다양한 형태의 알코올을 이산화탄소에서 생산할 수 있기 때문에 획기적인 탄소 저감 효과를 기대할 수 있다. 이처럼 그린-올 경제는 환경 보호와 경제 성장이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 새로운 개념이다. 이와 관련한 연구·개발 역량을 지속적으로 쌓아나가 한국이 미래 탄소 중립 사회를 선도할 수 있기를 희망해 본다. 출처 : 조선경제(링크)

한상욱 KIST 양자정보연구단장 바로 1년 전인 2022년 4월 14일. 5대륙, 44개 국가, 193개 도시에서 양자 기술에 대한 일반 대중의 이해를 높이기 위해 200여 개의 이벤트가 동시다발적으로 진행됐다. 제1회 ‘세계 양자의 날(World Quantum Day)’을 기념하기 위해서였다. 다른 날이 아닌 4월 14일을 선택한 이유는 양자역학에서 매우 중요한 역할을 하는 플랑크 상수(4.14×10-16eVs)에서 착안했기 때문이다. 기념일을 기획·제정하는 과정에 참여한 필자는 특정 국가나 기관에서 주도해 제정된 것이 아니라 지구촌 과학자들이 모여 자발적으로 제정한 기념일이라는 점에 큰 의미가 있다고 생각한다. 불과 10여 년 전까지만 해도 양자 기술은 새로운 것을 탐구하는 과학자들의 관심사에 불과했다. 하지만 이제는 인류의 미래를 좌우하는 핵심 기술의 하나로 꼽힐 정도로 위상이 높아졌다. 이제 양자 기술은 기술적 난이도, 파급 효과, 적용 분야를 고려할 때 산업 발전과 경제적 이익뿐 아니라 안보 관점에서도 국가가 반드시 확보해야 할 기술로 인식되고 있다. 이에 다수의 국가가 양자 기술 육성책을 다투어 내놓고 있고, 민간에서도 글로벌 정보기술(IT) 기업을 중심으로 대규모 투자를 통한 초기 기술시장 선점 경쟁이 치열하다. 최근에는 핵심 요소 기술을 확보한 스타트업이 하루가 다르게 늘어나는 등 예전과 비교할 수 없을 정도의 속도로 변화가 진행 중이다. 대중의 높은 관심과 함께 기술 발전의 속도가 빨라지고 있지만, 냉정히 평가하면 양자 기술은 아직 가야 할 길이 멀다. 특히 산업 관점에서 보면 양자 기술은 아직 걸음마 단계라고 할 수 있다. 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 센서 같은 개별 기술의 발전은 놀라운 수준임이 틀림없지만, 이를 활용해 다른 산업 분야의 혁신을 일으키고 사회 변화를 이끄는 사례는 아직 찾기 힘들다. 1946년 개발된 최초의 컴퓨터 에니악(ENIAC)은 당시 사람들에게 상상을 초월한 성능의 계산기였을지 모르지만, 오늘날의 관점에서는 초보적 단계의 컴퓨터다. 이와 마찬가지로 지금의 양자 기술은 70여 년 전 에니악과 비슷한 유아기 수준에 불과하다. 1만8000여개의 진공관으로 만들어진 거대한 에니악에서 시작된 컴퓨터가 우리 일상 속으로 깊이 들어올 수 있었던 것처럼 이제는 양자 기술에 대해 익숙해져야 하고 발전을 위해 방법을 모색해야 한다. 기본적으로 양자 신호는 극한의 미시세계에서 관찰 가능한 현상이다. 이런 양자 현상을 생성하고 제어하고 측정하기 위해서는 여러 단계의 고난도 연구개발이 필요하다. 아주 작은 온도 변화, 느끼기 힘들 정도의 미세한 진동 등이 양자 세계에서는 치명적이어서 일상 공간에 존재하는 수많은 잡음 요소들을 하나하나 제거해 가면서 조작해야 한다. 에니악에서 시작된 컴퓨터의 발전이 수많은 기술 혁신과 트랜지스터의 발명, 반도체 기술로 집적화된 칩의 형태로 회로를 구성했기 때문임을 상기해보자. 마찬가지로 극한의 미시 세계에 존재하는 양자를 더 효율적으로 조작하려면 집적화한 반도체 공정기술을 이용한 양자 소자 또는 양자 칩의 개발이 필요하다. 지금까지 공개된 IBM·구글 등의 양자컴퓨터 모습이 초창기 컴퓨터를 떠올리게 하는 이유가 여기에 있다. 양자컴퓨터를 예로 들어 부연 설명하면, 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트(qubit)가 아직은 잡음의 영향으로 많은 연산 오류가 발생한다. 이런 오류를 정정해 범용으로 사용할 수 있는 큐비트로 만드는 것이 지금 직면한 대표적 기술적 난제다. 오류를 정정하기 위해서는 더 많은 수의 큐비트가 필요한데, 단순히 큐비트 수를 늘리는 것이 아닌 오류 정정이 가능한 큐비트의 개발이 필요하다. 이러한 큐비트들로 이뤄진 양자 칩이 구현된다면 바로 그 순간부터 의미 있는 진전이 시작될 것이다. KIST를 중심으로 한 ‘양자 연구 그룹’은 세계 최고 수준인 대한민국 반도체 공정 기술을 바탕으로 양자 칩을 개발하고 이를 통해 양자 컴퓨터 분야에서 글로벌 기술 우위를 확보하려는 노력을 기울이고 있다. 이런 융합 연구가 의미 있는 성과를 거둬 머지않은 미래에 양자 기술이 우리의 삶 속으로 들어오기를 희망한다. 출처 : 중앙일보(링크)

윤석진 KIST 원장 아이디어와 기술이 비즈니스로 이어지는 과정에서 반드시 겪게 되는 좌절과 위기의 기간을 죽음의 계곡, 데스밸리(death valley)라고 일컫는다. 벤처기업이 아이디어의 사업화 단계에서 맞이하는 위기, 또는 어떤 기술이 상용화에 실패하여 결국 사장(死藏)되는 상황을 모두 나타낸다. 결국 기술과 기업은 한배를 탄 운명이라는 생각을 하게 된다. 작년 이맘때 대기업 한 곳에서 반가운 연락을 받았다. 연구소의 기술을 탄소 중립에 대비하는 핵심 기술로 함께 발전시켜보자는 제안이었다. 어디에 내놔도 자신 있는 기술을 갖고 있더라도 상용화의 길은 항상 쉬운 것은 아니다. 스케일업 과정에서 응용·개발연구의 불확실성을 이겨내는 것이 만만찮기 때문이다. 든든한 파트너가 스스로 찾아온 셈이니 더없이 반가운 마음이었다. 원래 좋은 기회를 포착하면 망설이지 않는 성격이라 양측의 연구원들이 자유롭게 왕래할 수 있도록 서둘러 겸직 발령을 냈다. 기술은 연구자가 잘 알아도, 그 기술을 어떻게 사용할지에 대한 감각은 수요자인 기업이 더 기민하고 정확하다. 이 때문에 기업과 연구소가 더 가까이 있어야 하고 자주 만나야 한다. 이런 취지에서 중소기업의 연구인력이 우리 연구소에 상주하는 공동연구실을 설치하는 일도 시작했다. 기술이전 계약을 맺은 기업이 연구소의 기술을 적용하여 새로운 제품이나 서비스를 개발할 수 있도록 수요자와 공급자가 함께 연구하는 환경을 구축한 것이다. 이름부터 서로를 잇는 실험실, 즉 '링킹랩(Linking Lab)'이라고 지었는데 공정 개발부터 제품 출시까지 전 주기에 걸친 협력을 목표로 삼았다. 연구자가 직접 첨단기술을 토대로 창업에 나서는 것도 혁신기업 창출을 위한 좋은 방안이다. 원천기술을 토대로 한 '기술 창업'은 유통·서비스업 중심의 전통적 창업에 비해 파급효과가 커 '혁신적 창업'으로 분류된다. 관건은 어떻게 기술 창업을 늘리고 그 생존율을 높일 것인가이다. 먼저 연구자의 창업 기업 겸직과 휴직 제도를 활성화하여 창업에 대한 용기를 북돋는 등 시스템이 보완되어야 한다. 또한 연구자들이 서툴 수밖에 없는 투자 유치와 행정 사무는 액셀러레이터와 벤처캐피털 등 창업 생태계가 뒷받침해 주어야 한다. 특히 연구기관의 원천기술이 민간 투자와 쉽게 만날 수 있도록 지원하고, 추후 기업 공개와 M&A 전략까지 수립해줄 수 있는 기술지주회사가 생긴다면 금상첨화일 터다. 대기업의 신성장동력 개척, 중소·중견기업과의 공동 기술 개발, 기술 기반 창업 등 우리 산업 전반에서 기술 사업화의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 기술 사업화에서 시작된 혁신의 미풍이 우리 경제를 든든하게 받쳐줄 순풍으로 발전하길 바란다. 우리 기업들이 죽음의 계곡을 건너 넓은 바다로 거침없이 나아갈 수 있도록 연구소와 대학의 실험실들이 팽팽한 돛이 되어줄 것이다. 출처 : 매일경제(링크)

김진상 KIST 전북분원장 2008년 금융위기 이후 지난 십수 년은 우리나라 역사상 가장 긴 저금리 시대였고, 여기에 더하여 팬데믹 위기 극복을 위해 세계 각국이 앞다투어 시중에 돈을 풀기 시작함에 따라 넘치게 된 시중 유동성은 금융시장의 활황과 자산가치의 급격한 상승을 불러왔다. 급등하는 부동산 가격과 주식 평가액 덕분에 어떤 이들에게는 지난 몇 년간이야말로 돈을 가장 쉽게 벌 수 있는 시기였다. 비대면 산업과 배달업 역시 팬데믹의 특수를 누린 대표적인 업계였다. 그러나 팬데믹 때문에 줄어든 수요로 인해 인력을 감축하고 저금리 융자로 힘겹게 버틴 요식업, 숙박업, 여행업계를 생각해보면, 전례 없이 넘쳐나는 유동성의 시대는 누군가에게는 무척이나 관대했고, 다른 누군가에게는 무척이나 가혹했다는 것을 알 수 있다. 우리 사회가 코로나19의 암울한 시기를 보내고 난 뒤 자연히 코로나 이전 시절로 돌아가게 되리라 꿈꾼 이들이 많았다. 그러나 3년이란 세월은 전혀 짧지 않았다. 많은 이들이 뉴 노멀(new normal)이라는 새로운 사회·문화 시스템에 재빨리 적응해버린 탓에 코로나 이전의 세월은 돌이킬 수 없는, 그저 흘러가 버린 과거로 기억될 가능성이 크다. 그렇게 새롭게 맞이한 코로나 이후의 시대에 우리는 급격한 인플레이션, 자산가치의 하락, 금융시장의 침체, 수출 부진 등 기대하지 않았던 새로운 경제적 위기를 마주하고 있다. 물론 대한민국이 경제적 위기를 한두 번 겪은 것은 아니다. IT 버블, IMF 구제 금융, 글로벌 금융위기가 터질 때마다 우리나라의 지속 가능한 성장에 대한 의문이 여러 차례 제기된 바 있었고, 그때마다 우리는 보란 듯이 회의론을 불식시키면서 지속 성장했다. 그러나 과거의 경험이 지금에도 유효한지는 의문이다. 경제가 어려울 때마다 시행하였던 양적완화와 저금리 정책도 치솟는 물가 앞에 무릎을 꿇었고, 이제는 반대로 금리를 올리지 않고는 버틸 수 없는 지경에 이르렀다. 사정이 이렇다 보니 많은 자영업자, 중소기업들은 불어나는 금융비용 부담으로 인해 더욱 벼랑 끝으로 내몰리게 되었다. 그야말로 2023년 현재 대한민국 경제는 끝이 보이지 않는 어두운 터널에 진입한 상황이다. 저금리, 팬데믹 시대를 거치면서 노동력과 시간을 투입하여 벌어들이는 근로소득보다 사업소득, 특히 부동산이나 주식 대박을 통한 자산소득의 증식을 꿈꾸는 사람들이 부쩍 많아졌다. “주식으로 10억 벌고 퇴사”와 같은 제목의 기사를 접한 많은 직장인이 이를 부러워하고 있다고 한다. 그러나 주식으로 5년 이상 투자한 사람 중 90% 이상이 돈을 잃었다는 통계 결과가 보여주듯, 금융시장과 부동산 동반 침체가 벌어지는 지금은 자산소득의 증식을 바라는 많은 이들에게 가혹한 시련의 시기임을 알아야 할 것이다. 모든 소득원이 인정되어야 하지만, 고용이 지속되는 한 근로소득의 안정성이 사업소득이나 자산소득보다 훨씬 높다. 사회 구성원 모두가 사업소득과 자산소득으로만 부를 축적할 수 있는 사회는 없다. 따라서 사회 구조상 다수를 차지하는 근로소득자가 근로소득을 기반으로 자산을 증식하는 방식이 존중받고, 또 안정적으로 보장되는 사회야말로 지속 가능한 사회라 할 수 있을 것이다. 이를 위해서는 근로자의 자긍심과 자존감을 살리는 분위기, “10억 벌고 퇴사”보다는 부지런히 일해서 자산을 축적하는 미담이 더 회자되는 사회적 분위기 조성이 필요하다. 출처 : 전북일보(링크)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)

- 그래핀과 반도체 퀀텀닷을 결합한 혼합차원소재로 상온 발광효율 8배 증가 - 디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춘 친환경 소재로 개발 기대 최근 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 용 헤드마운트 디스플레이, 스마트 워치 등 차세대 전자제품에 사용되는 LED의 해상도를 높이기 위해 점점 작은 발광소자가 개발되고 있다. 하지만 소자의 크기가 작아질수록 부피 대비 표면적이 늘어나기 때문에 표면에서 손실되는 전자들이 많아지면서 발열이 발생하고 에너지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 정대환 박사팀이 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점)을 결합한 혼합차원소재를 개발하여 상온 발광효율이 8배까지 증가된 발광 소재를 개발했다고 밝혔다. 그래핀은 1 나노미터(nm) 보다도 얇은 원자층으로 이루어져 있으면서 표면이 화학적으로 매우 안정적이기 때문에 에너지 손실이 적어 고효율 재료로 사용될 수 있다. 퀀텀닷은 이름처럼 점과 같은 작은 크기로 많은 전자를 효과적으로 가두어둘 수 있으므로 발광효율이 높다. 혼합차원 이종구조는 여러 차원의 나노소재에서 나타나는 특성들을 결합해 새로운 물성을 나타낼 수 있기 때문에 최근 광검출기, LED, 레이저 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. KIST 연구팀은 고효율 발광 특성을 얻어내기 위해, 그래핀의 2차원 소재에 대한 표면 안정성과 퀀텀닷의 전자 구속력 특성을 결합한 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구팀은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법을 이용해 0차원 구조를 가진 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 합성하고, 개발한 혼합차원 소재를 광루미네선스(Photoluminescence)로 분석해 발광효율이 기존 연구결과 대비 최대 8배까지 증가한 것을 확인했다. 이러한 발광효율 향상 효과는 그래핀과 퀀텀닷의 거리가 가까울수록 서로의 상호작용이 강해져 더욱 커졌다. KIST 정대환 박사는 “이번 연구성과는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링(scaling) 문제점의 한계를 극복하는 방안이 될 것”이라며, “디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮추어 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 개인기초연구, 나노소재기술개발사업과 KIST 미래원천연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘Nano Letters(IF: 12.262, JCR(%): 7.764)’에 게재됐다. [그림 1] 2차원 소재인 그래핀과 0차원 소재인 퀀텀닷을 융합한 혼합차원소재를 보여준다. 퀀텀닷은 분자빔 성장을 통해서 합성된다. 화학기상증착법을 통해서 합성된 그래팬은 전사되어 퀀텀닷 소재와 융합된다. ○ 논문명: Graphene/III–V Quantum Dot Mixed-Dimensional Heterostructure for Enhanced Radiative Recombinations via Hole Carrier Transfer ○ 게재일: 2023.04.07. ○ DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00321 ○ 논문저자 - 퀀 낫 당 렁 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 라파엘 추 학생연구원(제1저자/KIST 광전소재연구단) - 정대환 선임연구원(교신저자/KIST 광전소재연구단)