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윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명

윤정호 교수 공동연구팀, 차세대 보안·컴퓨팅의 열쇠 ‘멤리스터 무작위성’ 원천 규명 - 주사열현미경 활용해 소자 내부의 다중 전도성 경로와 열 효과 메커니즘 세계 최초 확인 - 물리적 엔트로피 소자 기반의 진성난수발생기 구현으로 미래 보안 기술 선점 기대 ▲ (왼쪽 위부터) 윤정호 교수, 소근호 박사과정생, 인천대 김경태 교수, 구승회 박사, 한국과학기술연구원 허성훈 박사, 윤병진 석박통합과정생 신소재공학부 윤정호 교수 연구팀은 인천대학교(총장 이인재) 김경태 교수 연구팀 및 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 허성훈 박사 연구팀과의 공동연구를 통해, 차세대 반도체 소자로 주목받는 ‘휘발성 이온 이동형 멤리스터(Memristor)’의 저항 변화 현상이 다중 전도성 경로와 열 효과가 결합된 복합 메커니즘에 의해 발생한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 이번 연구는 그동안 베일에 싸여 있던 멤리스터 소자의 선천적 무작위성(Stochasticity)의 근본 원인을 밝혀낸 것으로, 향후 정보보안을 위한 난수 생성 및 확률론적 컴퓨팅 등 미래형 연산 시스템 구축에 획기적인 전환점을 마련할 것으로 기대된다. 휘발성 이온 이동형 멤리스터는 전압을 가하면 내부에 금속 이온으로 이루어진 미세한 통로(전도성 경로)가 무작위로 만들어지고, 전압을 끄면 다시 무작위로 사라지는 특성을 가진다. 이러한 예측 불가능한 성질은 해킹이 불가능한 보안 번호를 만드는 '진성난수발생기'나 복잡한 경우의 수를 계산하는 '확률론적 컴퓨팅' 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 하지만 소자 내부에서 일어나는 이러한 변화를 실시간으로 직접 관찰하기 어려워, 그동안 무작위성을 극대화하는 소자 설계에 한계가 있었다. 공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 나노미터(nm) 단위의 미세한 열을 측정할 수 있는 ‘주사열현미경(SThM)’ 기법을 도입했다. 연구팀은 멤리스터 소자에 전압을 걸었을 때 발생하는 줄 열(Joule heating)을 소자 표면에서 직접 계측하는 데 성공했다. 이를 통해 소자 내부에서 여러 개의 국소적인 발열 지점이 나타나고 사라지는 현상을 확인했으며, 이는 곧 다수의 전도성 경로가 서로 경쟁하며 실시간으로 이온을 재배치하고 있음을 입증하는 결정적 근거가 되었다. 나아가 연구팀은 이번 발견을 바탕으로 디지털과 아날로그 방식의 난수를 모두 생성할 수 있는 ‘복합 진성난수발생기’를 실제로 구현하여 데이터의 암호화 및 복호화 실험에 성공했다. 또한, 방대한 데이터 중 최적의 답을 찾아내는 확률론적 컴퓨팅 기술을 활용해 이진 전가산기 회로의 역연산을 시연함으로써 차세대 컴퓨팅 분야로의 확장 가능성까지 증명해냈다. 윤정호 교수는 “이번 연구는 멤리스터의 저항 변화를 단순히 하나의 통로가 생기고 사라지는 것으로 이해하던 기존의 피상적인 해석을 넘어, 다중 경로와 열 효과의 복합적인 상호작용을 밝혀낸 심층적인 성과”라며 “앞으로 이 소자를 활용해 무작위성과 확률 기반의 차세대 지능형 반도체 분야에서 글로벌 기술 리더십을 확보하는 데 앞장서겠다”고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발(소자) 사업, 집단연구지원사업(글로벌 기초연구실), 개인기초연구사업과 과학기술사업화진흥원의 국산연구장비기술경쟁력강화사업, 한국기초과학지원연구원의 신진연구자 인프라지원사업의 지원으로 수행되어 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 1월 21일 게재되었다. ▲ (위) 휘발성 임계스위칭 멤리스터의 SThM 분석 및 전열 시뮬레이션 결과, (아래)선천적으로 무작위적인 저항 변화 스위칭을 활용한 진성난수발생기 및 확률론적 컴퓨팅 시연 결과 ※ 논문명: Unraveling Origin of Stochasticity in Multi-Filamentary Memristor ※ 학술지: Advanced Functional Materials (IF: 19.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202527482

2026-03-10

이원영 교수팀, 수소 에너지 시대 앞당길 ‘천하무적’ 세라믹 연료전지 개발

이원영 교수팀, 수소 에너지 시대 앞당길 ‘천하무적’ 세라믹 연료전지 개발 - 계면 미세구조 정밀 설계로 세계 최고 수준의 성능과 내구성 동시 확보 - 복잡한 공정 없이 기존 소재 활용해 상용화 가능성 높여... ▲ (왼쪽부터) 이원영 교수, 김동욱 박사과정생, 이동규 석사 기계공학과 이원영 교수 연구팀은 전지 내부의 핵심 부품들이 만나는 경계면을 정밀하게 설계하여, 가혹한 환경에서도 망가지지 않고 세계 최고 수준의 효율을 내는 ‘차세대 세라믹 연료전지’를 개발했다. 이번 연구는 친환경 수소 에너지를 더 쉽고 안전하게 만들고 사용하는 데 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 연구팀이 집중한 ‘프로톤 세라믹 연료전지’는 수소로 전기를 만들거나, 반대로 전기로 수소를 생산할 수 있는 스마트한 에너지 장치다. 기존 전지들은 아주 뜨거운 고온에서만 작동해 수명이 짧다는 단점이 있었지만, 이 전지는 400 ~ 600℃의 상대적으로 낮은 온도에서도 잘 작동한다. 하지만 전지의 핵심 부품인 ‘전극’과 ‘전해질’이 만나는 경계면(계면)에서 전기가 잘 흐르지 못하게 방해하는 저항이 생겨 성능을 높이는 데 한계가 있었다. 이원영 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘계면 공학’이라는 특별한 기술을 도입했다. 전극의 구조를 여러 층으로 쌓는 ‘다층 구조’ 방식을 사용한 것이다. 특히 경계면 부분에 아주 작은 입자들을 균일하게 배치하여, 마치 좁은 길을 넓은 고속도로로 만드는 것처럼 전하들이 이동할 수 있는 면적을 크게 넓혔다. 그 결과, 전기의 흐름을 방해하던 저항이 획기적으로 줄어들었다. 이렇게 만들어진 전지는 성능 시험에서 놀라운 결과를 보였다. 500℃의 온도에서 전기를 만들어낼 때 1.04W/cm²의 출력 밀도를 기록했는데, 이는 전 세계적으로 보고된 비슷한 종류의 전지들 중 최고 수준이다. 또한, 온도를 급격하게 변화시키거나 장시간 연속으로 작동시켜도 성능이 떨어지지 않는 뛰어난 내구성까지 증명했다. 이번 연구의 또 다른 강점은 ‘경제성’이다. 비싸고 복잡한 새로운 소재를 개발하거나 어려운 제조 공정을 쓰지 않고, 기존에 사용하던 소재와 단순한 공정만으로도 이 정도의 고성능을 끌어냈기 때문이다. 이는 실제 공장에서 제품을 대량으로 만들 때 매우 유리한 조건이다. 이원영 교수는 “전극과 전해질이 만나는 계면은 전지의 심장과 같지만, 그동안 이를 정확히 수치화해서 설계하는 것이 어려웠다”며 “이번 연구는 계면의 구조를 수학적으로 분석하고 설계하는 틀을 마련했다는 데 큰 의미가 있으며, 다가올 수소 사회를 현실로 만드는 중요한 발판이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었으며(No. SRFC-MA2402-10, No. 2022R1A2C3012372), 연구 결과는 에너지 분야의 세계적인 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 지난 1월 4일 게재되었으며, 표지 논문으로도 선정되었다. ※ 논문명: Quantitative Interface Engineering Framework for High-Performance and Durable Protonic Ceramic Electrochemical Cells ※ 학술지: Advanced Energy Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202505277

2026-03-10

김한기·이보람 교수팀, 희귀금속 ‘인듐’ 없는 차세대 투명 전극 기술 개발

김한기·이보람 교수팀, 희귀금속 ‘인듐’ 없는 차세대 투명 전극 기술 개발 - 질소 도핑 산화주석(NTO) 전극으로 기존 ITO 한계 극복… 소자 수명 2배 이상 향상 - 저비용·고효율 페로브스카이트 LED 상용화 앞당겨 ▲ (왼쪽부터) 공동교신저자 성균관대 김한기 교수, 이보람 교수, 주저자 박소망, 김지훈 연구원 신소재공학부 김한기 교수와 이보람 교수 공동 연구팀이 디스플레이의 핵심 소재인 희귀금속 ‘인듐’을 전혀 사용하지 않고도 고성능을 유지하며 수명을 획기적으로 늘린 차세대 투명 전극 기술을 개발했다. 최근 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 주목받는 ‘페로브스카이트 발광다이오드(Perovskite LED, 이하 PeLED)’는 색이 매우 선명하고 유연하게 만들 수 있다는 장점이 있다. 하지만 지금까지는 ‘인듐 주석 산화물(ITO)’이라는 소재를 투명 전극으로 사용해 왔다. 인듐은 희귀금속이라 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 시간이 지나면 소자 내부로 확산되어 디스플레이의 성능을 떨어뜨리고 수명을 단축시키는 고질적인 문제가 있었다. ▲ 비정질 구조의 인듐프리 N-SnO2 투명 전극 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 인듐 대신 주변에서 흔히 찾을 수 있는 주석에 질소를 결합한 ‘질소가 도핑된 산화주석(NTO)’ 기반의 새로운 투명 전극을 제안했다. 연구팀은 특수한 나노 공정(RF 마그네트론 스퍼터링)을 통해 이 전극을 제작했으며, 실험 결과 기존 인듐 기반 전극(ITO)과 대등한 수준인 20.82%의 높은 발광 효율을 기록했다. 특히 이번 연구에서 가장 주목할 만한 성과는 ‘장기 안정성’이다. NTO 전극을 적용한 소자는 기존 ITO 전극 소자보다 수명이 2배 이상 길어졌다. 이는 전극 내부에 형성된 질소와 주석의 강한 결합이 금속 이온이 퍼져 나가는 것을 막아주는 방어막 역할을 하기 때문이다. 또한, 이 기술은 낮은 온도에서도 대면적으로 제작할 수 있어 실제 공장에 바로 적용해 대량 생산하기에도 매우 유리하다. ▲ 인듐프리 N-SnO2 투명 전극이 적용된 차세대 고효율 페로브스카이트 LED 이번 연구를 이끈 김한기 교수는 “이번 성과는 비싼 희귀금속에 의존해 온 기존 디스플레이 투명 전극 기술의 한계를 근본적으로 해결한 연구”라며, “앞으로 디스플레이뿐만 아니라 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 소자 분야에서 인듐 없는 투명 전극 시대를 앞당기는 중요한 전환점이 될 것”이라고 연구의 의미를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 ‘차세대 OLED 산업 원천기술개발 사업’과 한국연구재단의 중견과제 지원으로 수행되었으며, 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘머티리얼즈 투데이(Materials Today, IF: 22.0)’ 2월 26일 자 온라인판에 게재되었다. ※ 논문명: Chemically durable and cost-efficient N-doped SnO2 transparent electrodes for Full-color perovskite light-emitting diodes ※ 학술지: Materials Today (Impact Factor: 22.0) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.12.031

2026-03-04

의학과 김동익 석좌교수, "초고령사회 돌봄은 개인 문제 아닌 국가사회가 시급히 해결해야 할 난제"... ‘봉사시간 저축은행’ 해법 제시

의학과 김동익 석좌교수, "초고령사회 돌봄은 개인 문제 아닌 국가사회가 시급히 해결해야 할 난제"... ‘봉사시간 저축은행’ 해법 제시 <2026.3.3. 에이빙 코리아>

2026-03-03

우충완 교수팀, 만성 통증의 '뇌 지문' 찾아냈다… 개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커 개발

우충완 교수팀, 만성 통증의 '뇌 지문' 찾아냈다… 개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커 개발 - 환자마다 다른 뇌 신호 분석해 통증 수치화 성공, 정밀 의료의 새 지평 열어 - 기계학습 활용한 뇌기능 커넥톰 도출, 주관적인 고통을 객관적 지표로 전환 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 우충완 교수, 이재중 연구원 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀이 만성 통증 환자가 느끼는 고통의 강도를 뇌 신호만으로 읽어낼 수 있는 '개인 맞춤형 뇌영상 바이오마커'를 개발했다. 이번 연구는 그동안 환자의 주관적인 설명에만 의존해야 했던 통증 진단 방식에 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대를 모으고 있다. 만성 통증은 전 세계 수많은 사람들이 병원을 찾는 가장 흔한 원인 중 하나이지만, 환자가 느끼는 통증의 크기를 혈압이나 체온처럼 객관적으로 측정할 수 있는 방법은 지금까지 존재하지 않았다. 환자마다 고통을 느끼는 방식과 표현이 제각각이기 때문이다. 이에 우충완 교수 연구팀은 첨단 뇌과학 기술을 활용해 이 난제에 대한 해답을 제시했다. 연구팀은 전신의 광범위한 통증이 3개월 이상 지속되는 질환인 '섬유근육통' 환자들을 대상으로 수개월간 반복해서 기능자기공명영상(fMRI)을 촬영했다. fMRI는 뇌의 혈류 변화를 감지해 어느 부위가 활성화되는지 보여주는 장치다. 연구팀은 이 방대한 뇌 영상 데이터에 인공지능 기계학습 기술을 적용하여, 개별 환자만의 고유한 '뇌기능 커넥톰'을 도출해냈다. 뇌기능 커넥톰이란 뇌의 여러 영역이 서로 정보를 주고받는 복잡한 상호작용 체계를 일종의 지도로 나타낸 것이다. 연구 결과, 새롭게 개발된 바이오마커는 환자가 수개월 동안 겪은 통증의 세기 변화를 오직 뇌 영상 정보만으로 매우 정밀하게 예측하는 데 성공했다. 특히 주목할 만한 점은 통증과 관련된 뇌의 반응 패턴이 사람마다 완전히 다르다는 사실이다. 한 환자에게서 찾아낸 통증 패턴(마커)은 다른 환자의 통증을 설명하는 데 적용되지 않았다. 이는 만성 통증이 지극히 개인적인 뇌의 반응이며, 따라서 환자 개개인의 특성을 반영한 '개인 맞춤형' 접근이 필수적임을 과학적으로 증명한 사례다. 우충완 교수는 “이번 연구는 만성 통증 환자들이 겪고 있는 '보이지 않는 고통'을 뇌 영상을 통해 객관적으로 증명하고 수치화할 수 있음을 보여준 사례”라며, “단순한 진단을 넘어 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 치료법을 개발하는 정밀 의료 시대를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 연구의 의의를 강조했다. 제1저자인 이재중 박사후 연구원은 “환자마다 통증과 연관된 뇌의 연결망 패턴이 고유하게 나타난다는 점이 이번 연구의 핵심”이라며, “앞으로 뇌과학 기반의 정밀 진단이 임상 현장에서 활발히 사용될 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 덧붙였다. 이번 연구는 기초과학연구원(IBS)의 전폭적인 지원으로 수행되었으며, 신경과학 분야에서 세계적으로 권위를 인정받는 학술지인 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재되어 그 학술적 가치를 인정받았다. ▲ 뇌영상 기반 만성통증 마커가 예측한 통증 세기가 실제 통증 세기와 유사함. ▲ 뇌영상 기반 만성통증 마커에서 중요한 영역들이 각 참가마자다 상이함. ※ 논문명: Personalized Brain Decoding of Spontaneous Pain in Individuals With Chronic Pain ※ 학술지: Nature Neuroscience ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41593-026-02221-3

2026-02-27

기계공학부 김태성 교수팀, ‘열로 조이는’ 기술로 차세대 AI 반도체 혁신

기계공학부 김태성 교수팀, ‘열로 조이는’ 기술로 차세대 AI 반도체 혁신 - 전극의 열팽창 차이 활용해 원자 배열 정렬... 붕어빵 틀처럼 메모리 구조 완성 - 기존 대비 전력 소모 낮추고 연산 속도 높여... 이미지 인식 정확도 97.2% 달성 ▲ (왼쪽부터) 교신저자 성균관대 김태성 교수, 제1저자 성균관대 김건욱 석박통합과정, MIT 석현호 박사후연구원, 성균관대 손시훈 석박통합과정, 성균관대 최현빈 박사과정 기계공학부 김태성 교수 연구팀이 마치 '붕어빵'을 찍어내듯 열을 이용해 반도체 내부 구조를 정밀하게 조절하는 기술을 개발, 차세대 인공지능(AI) 하드웨어의 성능을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 이 기술을 활용하면 지금보다 훨씬 적은 전기로도 복잡한 AI 연산을 빠르게 처리할 수 있게 된다. 우리가 쓰는 컴퓨터나 스마트폰은 대개 '폰 노이만 방식'을 사용한다. 이는 책상(연산 장치)과 책꽂이(메모리)가 멀리 떨어져 있는 것과 비슷해서, 공부를 할 때마다 매번 책을 가지러 왔다 갔다 해야 하므로 시간이 걸리고 힘이 든다. 이를 해결하기 위해 책꽂이 안에서 직접 공부까지 끝내버리는 방식을 '인-메모리 컴퓨팅'이라고 부르며, 이를 실현할 핵심 부품이 바로 이번 연구의 주인공인 '강유전 트랜지스터'다. 하지만 이 부품을 만드는 소재인 '하프늄 산화물'은 다루기가 매우 까다롭다. 메모리 기능을 제대로 수행하려면 내부의 원자들이 특정한 모양(사방정계)으로 예쁘게 줄을 서야 하는데, 아주 얇게 만들면 이 줄이 쉽게 흐트러져 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 기존에는 이를 해결하기 위해 다른 화학 물질을 섞기도 했지만, 과정이 복잡하고 대량 생산이 어렵다는 한계가 있었다. ▲ 응력 조절을 통한 하프늄 산화물 격자공학 기반 고성능 강유전 트랜지스터 구현 김태성 교수 연구팀은 여기서 '열팽창'이라는 물리적 원리를 도입했다. 물질마다 열을 받았을 때 늘어나는 정도가 다르다는 점에 착안한 것이다. 반도체 재료를 감싸는 전극이 식으면서 미세하게 수축할 때, 그 힘이 내부의 하프늄 산화물을 꽉 조여주도록 설계했다. 마치 꽉 끼는 옷이 몸매를 잡아주는 것처럼, 열에 의한 물리적인 힘이 원자들을 메모리 기능에 가장 적합한 위치로 정렬시킨 것이다. ▲ 텅스텐 전극을 이용한 하프늄-지르코늄 산화물 강유전 트랜지스터 어레이와 인공지능 하드웨어 구현 개념도 이 새로운 공법으로 만든 반도체 소자는 아주 얇으면서도 1조 번 이상 작동해도 고장이 나지 않을 만큼 튼튼했다. 또한, 이 소자들을 연결해 인공지능이 그림을 인식하게 한 결과 97.2%라는 높은 정확도를 기록했다. 이는 복잡한 화학 공정 없이도 온도 조절만으로 세계적인 수준의 AI 반도체를 만들 수 있음을 증명한 사례다. 김태성 교수는 “이번 연구는 화학적인 변화 대신 ‘열에 의한 힘’이라는 물리적 설계로 차세대 반도체의 한계를 극복했다는 점이 핵심”이라며 “이 기술이 상용화되면 자율주행차나 스마트폰처럼 전력 소모가 중요한 기기에서 AI가 훨씬 더 똑똑하고 빠르게 작동할 수 있을 것”이라고 설명했다. 본 연구 결과는 산업통상자원부와 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 나노과학 분야의 세계적 권위지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 1월 27일자로 게재되었다. ※ 논문명: Thermal Expansion-Engineered Ferroelectric Transistor Arrays for Scalable Edge AI Computing ※ 학술지: ACS Nano ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c14095

2026-02-23

물리학과 노창동 교수 연구팀 참여 국제공동연구, 아이스큐브 중성미자 관측소 대규모 고도화 사업 진행

물리학과 노창동 교수 연구팀 참여 국제공동연구, 아이스큐브 중성미자 관측소 대규모 고도화 사업 진행 (왼쪽 위부터) 노창동 교수, 신민지 박사과정생, 경준호·김태윤 석박통합과정생, 손지영 석사과정생, 정유현·박민제·임준혁 학부연구생 물리학과 노창동 교수 연구팀이 참여하고 있는 아이스큐브 국제공동연구단이 아이스큐브 완공 이후 15년 만에 이루어진 첫 번째 주요 확장인 아이스큐브 업그레이드(IceCube Upgrade)를 성공적으로 마무리했다. 아이스큐브는 남극의 얼음을 검출 매질로 활용하여 우주에서 온 중성미자를 관측한다. 5,000개가 넘는 광 센서를 통해 중성미자가 얼음 속에서 상호작용하며 생성한 2차 하전 입자들이 방출하는 빛을 포착하여 중성미자의 에너지와 진행 방향을 재구성한다. 이를 통해 아이스큐브는 현재까지 천체물리학적 중성미자를 발견하고 두 개의 은하를 중성미자 원천으로 규명했을 뿐만 아니라 우리 은하에서 기원한 중성미자도 관측하는 데 성공했다. 아이스큐브의 업그레이드는 86개의 스트링(string)으로 이루어진 기존 검출기의 중앙 부분에 6개의 새로운 스트링을 추가하여 더 촘촘한 레이아웃을 갖게 되며, 600개가 넘는 고성능 광 센서와 다양한 교정 장비가 새롭게 추가된다. 새로운 고성능 광 센서로는 mDOM과 D-Egg 두 종류가 있으며, 기존 검출기에 사용된 센서보다 2~3배 높은 감도를 제공한다. 또한, mDOM과 D-Egg 외에도 미국, 독일, 스웨덴, 한국 연구팀들이 정밀 교정 장치와 카메라, 아이스큐브의 향후 확장 계획인 아이스큐브-Gen2(IceCube Gen2)를 위한 프로토타입(prototype) 센서 등의 다양한 특수 모듈 개발에 기여했다. ▲ 밤하늘 아래에 IceCube Lab이 보이며, 배경에는 오로라와 함께 은하수가 펼쳐져 있다. 특히 이러한 특수 모듈 가운데 약 2천 개 이상의 소형 카메라와 LED 광원으로 구성된 카메라 시스템은, 현재 미국 유타대학교에 재직 중인 카르스텐 로트 교수가 성균관대학교에 재직하던 시절 주도한 연구팀이 설계·개발·생산한 연구 성과이다. 이 과정에는 성균관대학교 학부연구생과 대학원생, 연구원들이 참여했으며, 현재 노창동 교수 연구팀 소속의 신민지 박사과정생과 박민제 학부연구생 또한 생산 과정과 시뮬레이션 연구에 기여했다. 이 시스템은 검출기 매질인 남극 얼음의 광학적 특성을 보다 정확히 이해하는 것을 목표로 하며, 이를 통해 빛이 얼음 속을 전파하며 발생하는 효과를 교정함으로써 중성미자의 에너지와 방향을 더욱 정밀하게 재구성할 수 있을 것으로 기대된다. 카메라 시스템의 관측 결과는 이번 아이스큐브 업그레이드에 함께 설치된 다양한 교정 장비들의 관측 결과와 종합적으로 활용되어, 향후 중성미자 관측 결과는 물론 지난 수년간 축적된 기존 아이스큐브 데이터의 재분석에도 사용될 예정이다. 아이스큐브 업그레이드는 중성미자 진동과 같은 중성미자의 성질을 보다 정밀하게 측정할 수 있게 해주며, 나아가 우주선 입자의 조성 규명과 우리 은하에서 발생하는 초신성으로부터 방출되는 중성미자 측정에도 기여할 것으로 기대된다. ▲ 아이스큐브 성능 고도화는 상단 평면도에서 빨간색으로 표시된 위치에 설치된 6개의 신규 스트링으로 구성된다. 기존 배열은 파란색, 저에너지 확장 배열(DeepCore)은 초록색으로 표시되어 있다. 또한 새롭게 도입된 mDOM과 D-Egg 모듈은 각 내부에 다수의 광센서를 포함하고 있다. 물리학과 노창동 교수 연구팀(고에너지 입자 천체물리 실험 연구실)은 이번 아이스큐브 업그레이드를 통해 확보되는 향상된 데이터를 바탕으로, 고에너지 중성미자 데이터의 질적 향상에 초점을 맞춘 중성미자 천체물리 연구를 수행할 예정이며, HAWC 실험을 통한 고에너지 감마선 관측 결과와의 통합 분석을 통해 고에너지 우주선의 기원을 규명하는 연구를 진행하고 있다. 기존 검출기 관측 부피의 8배에 달하는 차세대 실험으로 제안된 아이스큐브-Gen2를 향한 디딤돌인 이번 업그레이드는 향후 수년간 아이스큐브가 중성미자 천문학 분야의 최전선을 유지하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. ○ 관련 언론보도 - 남극 빙하에 검출기 5800개… 우주 기원 단서 ‘중성미자’ 찾는다 <동아일보, 2026.02.13.>

2026-02-13

김종순 교수팀, 코발트 없애고 니켈 줄인 차세대 배터리 양극 소재 개발

김종순 교수팀, 코발트 없애고 니켈 줄인 차세대 배터리 양극 소재 개발 - 산소 결합 안정화 전략으로 100회 충·방전 후에도 93.4% 용량 유지 성공 - 가격 경쟁력 대폭 강화하여 전기차용 차세대 리튬이온배터리 상용화 앞당겨 ▲ (왼쪽부터) 에너지과학과 김종순 교수(교신저자), 안진호 박사(주저자), 포항공과대학교 홍지현 교수(교신저자) 에너지과학과 김종순 교수 연구팀은 차세대 리튬이온배터리의 핵심 후보로 꼽히는 ‘과리튬계 양극 소재(LMR)’의 성능 저하 원인을 정밀하게 규명하고, 이를 억제할 수 있는 새로운 설계 전략을 통해 세계 최고 수준의 안정성을 갖춘 신규 소재를 개발했다. 현재 전기차 배터리 시장에서 주로 사용되는 양극 소재는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)을 섞은 삼원계(NCM) 소재다. 하지만 코발트와 니켈은 가격이 비싸고 수급이 불안정하다는 단점이 있다. 반면, 과리튬계 양극 소재는 값비싼 니켈과 코발트 비중을 줄이는 대신 저렴한 망간의 함량을 높여 가격 경쟁력이 뛰어나며, 이론적으로 저장할 수 있는 에너지 용량 또한 기존 소재들보다 훨씬 크다는 장점이 있다. 하지만 이러한 잠재력에도 불구하고, 과리튬계 소재는 배터리를 반복해서 사용할수록 내부 구조가 변하면서 전압이 떨어지고 에너지가 급격히 줄어드는 ‘구조적 열화’ 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪어왔다. 김종순 교수 연구팀은 이 문제의 해법을 찾기 위해 소재의 초기 변화뿐만 아니라 장기간 사용 시 발생하는 구조 변화를 면밀히 분석했다. 그 결과, 배터리가 충전되고 방전될 때마다 구조적 변형이 누적되어 성능 저하를 가속화한다는 사실을 밝혀냈다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 소재 내부에 ‘산소 공유결합 제어인자’를 도입하는 전략을 세웠다. 이는 소재 내부의 산소 원자가 제자리를 지키도록 돕는 일종의 '고정 장치' 역할을 한다. 이 기술을 적용한 결과, 배터리 구동 중 산소 가스가 빠져나가는 현상을 막고 구조적 강직성을 높여, 100회 충·방전 이후에도 처음 용량의 93.4%를 유지하는 성과를 거두었다. 이는 기존 소재 대비 수명이 약 30% 이상 향상된 수치다. ▲ 산소공유결합 제어인자 도입을 통해, 지속적인 구조 열화 누적이 차단되었음을 실험적으로 확인함. 산소 가스 방출이 크게 억제되었고, 100회 충·방전 기준 용량 유지율이 30%p 이상 증가함. 특히 이번 연구는 원가 비중이 높은 니켈 함량을 구조 내 0.1몰 수준까지 최소화하고 코발트를 전혀 사용하지 않는 ‘코발트 프리(Co-Free)’ 설계를 구현해 경제성을 극대화했다. 연구팀이 개발한 신규 소재는 비용당 에너지 지표에서 기존 하이니켈 소재(구조 내 니켈 0.8몰, 코발트 0.1몰)보다 2.6배 이상 우수한 수치를 기록하며 상용화 가능성을 입증했다. ▲ 신규 소재는 기존 하이니켈 소재 (NCM811) 대비 약 2.6배 높은 비용당 에너지 지표를 달성함. 기존 대표적 과리튬계 소재와 비교했을 때도 약 20% 이상 높은 수치를 달성하며 경제성 또한 우수함을 입증함. 김종순 교수는 “이번 연구는 과리튬계 양극 소재의 고질적인 문제인 구조 열화의 원인을 규명하고, 이를 제어할 수 있는 실질적인 해법을 제시했다는 데 큰 의미가 있다”며 “뛰어난 원가 경쟁력과 성능을 동시에 확보한 만큼, 향후 전기차 등 대용량 에너지 저장 장치 분야 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구 성과는 한국연구재단의 소재글로벌영커넥트 프로그램 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야의 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 2026년 1월 14일 게재되었다. ※ 논문명: Co-Free and Ni-Minimized Li- and Mn-Rich Layered Cathodes With Suppressed Structural Disordering for High-Performance and Cost-Effective LIBs ※ 학술지: Advanced Energy Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202505121

2026-02-13

박진성 교수팀, ‘영원한 화학물질’ PFOA 242펨토몰 수준 초고감도 검출 성공

박진성 교수팀, ‘영원한 화학물질’ PFOA 242펨토몰 수준 초고감도 검출 성공 - 자석 원리 이용한 나노기술로 기존 미국 기준보다 수십 배 정밀한 센서 개발 - 환경 오염 및 인체 혈액 속 유독 물질을 현장에서 즉시 확인 가능해져 ▲ (왼쪽부터) 박대일 석박통합과정(제1저자), 조원준 석박통합과정(제1저자), 박주형 박사(교신저자), 박진성 교수(교신저자), 김치현 박사(교신저자), 김수빈 석사과정(제1저자)) 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀은 자연 상태에서 분해되지 않아 '영원한 화학물질'이라 불리는 과불화옥탄산(PFOA)을 세계 최고 수준의 감도로 찾아낼 수 있는 초고감도 전기화학 센서를 개발했다. 이번 연구 성과는 전 세계적으로 강화되고 있는 환경 규제에 발맞추어, 극미량의 독성 물질까지도 현장에서 쉽고 정확하게 측정할 수 있는 길을 열었다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구 결과는 화학공학 분야의 세계적인 권위지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF 13.2)’에 게재되었다. PFOA는 우리가 흔히 사용하는 프라이팬의 코팅제, 방수 옷, 일회용품 포장재 등에 널리 쓰여왔다. 하지만 자연에서 거의 썩지 않고 사람의 몸속에 쌓여 간 독성이나 면역 이상을 일으키는 치명적인 단점이 있다. 이 때문에 미국 환경보호청(EPA) 등 전 세계 국가들은 식수 내 PFOA 허용 기준을 매우 엄격하게 제한하고 있다. 박진성 교수팀이 개발한 새로운 센서는 0.242 pM(피코몰, 1조 분의 1몰) 수준의 농도까지 감지해낼 수 있다. 이는 미국 EPA의 음용수 기준(약 9.6 pM)보다 무려 수십 배나 낮은 농도까지 정량적으로 측정할 수 있는 놀라운 수치다. ▲ 자기 농축기술 기반 폴리(p-페닐렌디아민) 코팅 자기 나노입자(p-MNPs) 활용한 PFOA 검출 전기화학 시스템의 개략도 이처럼 정밀한 측정이 가능했던 비결은 연구팀이 고안한 ‘자석 원리’와 ‘특수 고분자’의 결합에 있다. 연구팀은 PFOA와 만나면 전기 신호가 변하는 특수한 고분자(poly(p-PD))를 사용했다. 여기에 자성을 띠는 나노입자를 결합해, 외부에서 자기장을 가하면 분석 대상 물질이 전극 근처로 자석처럼 착 달라붙어 집중되도록 만들었다. 마치 흩어져 있는 바늘을 강력한 자석으로 모아 한꺼번에 찾아내는 원리와 같다. 연구팀은 실험실 환경뿐만 아니라 실제 수돗물과 사람의 혈청(피)을 대상으로도 성능 검증을 마쳤다. 특히 일상생활에서 자주 쓰이는 종이 빨대와 프라이팬에서 흘러나온 물질을 분석한 결과, 수억 원에 달하는 고가의 전문 분석 장비와 비교해도 오차가 5% 이내일 정도로 정확도가 높았다. 이는 비싼 장비 없이도 누구나 쉽고 저렴하게 환경 독성 물질을 감시할 수 있음을 의미한다. 박진성 교수는 “이번 연구는 분자 단위의 정밀한 기술과 물리적인 자석 원리를 결합해 센서의 한계를 뛰어넘은 사례”라며 “앞으로 이 기술을 더욱 발전시켜 휴대용 환경 모니터링 장치를 개발하고, 다양한 유해 물질을 동시에 분석할 수 있도록 할 계획”이라고 밝혔다. 실험을 주도한 조원준 연구원은 “우리가 마시는 물과 몸속의 유해 물질을 더 정밀하게 감지해 환경 오염을 예방하고 사람들의 건강을 지키는 데 기여하고 싶다”고 덧붙였다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구 및 세종과학펠로우십 등 다양한 정부 지원 사업을 통해 수행되었다. ※ 논문명: Magnetically enriched poly(p-phenylenediamine) nanoparticles for ultrasensitive detection of PFOA ※ 학술지: Chemical Engineering Journal ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173857

2026-02-12

조한상 교수팀, 인간 ‘장-뇌-혈관’ 연결하는 3차원 생체 칩 개발… 치매 등 뇌 질환 비밀 풀 열쇠 마련

조한상 교수팀, 인간 ‘장-뇌-혈관’ 연결하는 3차원 생체 칩 개발… 치매 등 뇌 질환 비밀 풀 열쇠 마련 - 장내 독소가 혈관 타고 뇌로 전달되어 염증 및 타우 병리 유발하는 과정 세계 최초 구현 - 뇌 질환이 거꾸로 장 건강을 해치는 양방향 경로 확인, 치료제 개발의 새로운 전임상 도구 기대 양자생명물리과학원(IQB) 및 생명물리학과 조한상 교수 연구팀이 하버드 의과대학 및 UC 버클리의 루크 리(Luke P. Lee) 교수팀과 공동으로 인간의 장, 혈관, 뇌를 하나로 연결한 3차원 미세생체모사 플랫폼(hGBV)을 개발했다. 이를 통해 연구팀은 장과 뇌 사이의 양방향 신호 전달이 어떻게 신경염증과 치매 같은 신경퇴행성 질환으로 이어지는지 그 경로를 실험적으로 규명하는 데 성공했다. 최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증 상태가 뇌 기능에 영향을 미친다는 ‘장-뇌 축(Gut-Brain Axis)’ 이론이 주목받고 있다. 하지만 기존의 실험 모델은 장과 뇌 사이의 복잡한 상호작용과 그 사이를 잇는 혈관 시스템을 충분히 구현하지 못해 실제 질병이 발생하는 과정을 정밀하게 관찰하는 데 한계가 있었다. 조한상 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌 구획을 연결한 3차원 플랫폼을 구축했다. 이 시스템은 인간의 장 상피 세포, 미세혈관 구조, 그리고 신경세포와 성상세포가 포함된 뇌 조직을 통합하여 실제 인체의 순환 시스템을 모사했다. 연구팀은 이 플랫폼을 이용해 두 가지 핵심 경로를 확인했다. 첫째, ‘장→뇌’ 경로에서는 장에 세균 독소(LPS 등)를 주입했을 때, 장벽과 혈관벽이 차례로 무너지며 독소가 뇌로 침투하는 것을 확인했다. 이 과정에서 뇌 조직 내 신경염증이 발생하고, 알츠하이머 치매의 주요 원인 중 하나인 ‘타우(p-tau) 단백질’이 축적되는 현상을 재현했다. 둘째, ‘뇌→장’ 경로에서는 뇌 구획에 알츠하이머나 파킨슨병 관련 자극을 주었을 때, 뇌의 염증 신호가 역으로 혈관을 타고 내려가 장벽 기능을 망가뜨리는 ‘피드백’ 현상을 발견했다. 이는 뇌 질환이 단순히 뇌만의 문제가 아니라 전신 장벽(혈관, 장)의 건강을 동시에 악화시킬 수 있음을 보여주는 중요한 증거다. 조한상 교수는 “이번 연구 성과는 장-뇌-혈관 축을 표적하는 신경 및 위장 질환 연구에서 치료 전략을 평가할 수 있는 강력한 전임상 도구가 될 것”이라며, “동물 실험을 대체하거나 보완하여 신약 개발의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 본 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 2026년 2월 7일 온라인 게재되었으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 치매극복연구개발사업(KDRC) 및 중소벤처기업부 등의 지원을 받아 수행되었다. ※ 논문명: A 3D gut-brain-vascular platform for bidirectional crosstalk in gut-neuropathogenesis ※ 학술지: Nature Communications

2026-02-10