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- SAINT 박지상 교수 공동 연구팀, 친환경 무연 페로브스카이트 반도체 한계 극복 전략 개발 NEW
- SAINT 박지상 교수 공동 연구팀, 친환경 무연 페로브스카이트 반도체 한계 극복 전략 개발 - 세계 최고 수준 p형 페로브스카이트 트랜지스터 구현, 최고 권위 학술지 ‘Nature’ 게재 ▲ SAINT 박지상 교수 SAINT 박지상 교수 연구팀이 포항공과대학교 노용영 교수 연구팀, University of Electronic Science and Technology of China(UESTC) Ao Liu 교수 및 Huihui Zhu 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 기존 친환경 무연(Lead-free) 페로브스카이트 반도체의 치명적인 약점인 공기 중 산화 문제를 해결하고 세계 최고 성능의 p형 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 차세대 반도체 트랜지스터 분야 최초로 세계 최고 권위의 국제 학술지 Nature에 7월 1일 자로 게재됐다. 스마트폰을 비롯한 다양한 전자기기에는 전기 신호를 제어하는 핵심 부품인 트랜지스터가 사용된다. 트랜지스터는 크게 전자를 이용하는 'n형'과 정공(전자가 빠져나간 빈자리)을 이용하는 'p형'으로 구분된다. 저전력·고성능 반도체를 구현하려면 두 반도체가 균형을 이뤄야 한다. 그러나 p형 트랜지스터는 성능 향상이 매우 어려워 과학기술정보통신부가 선정한 '반도체 분야 10대 미래 난제' 가운데 하나로 꼽혀왔다. 주석(Sn) 기반 페로브스카이트 반도체는 유해한 납(Pb)을 대체할 수 있는 대표적인 친환경 소재다. 또한 정공 이동 특성이 우수해 이러한 난제를 해결할 유력한 후보로 주목받아 왔다. 하지만 공기 중 산소와 접촉하는 순간 표면에 남아 있던 미반응 주석 이온이 산화되면서 전하의 흐름을 방해하는 결함이 발생한다. 이로 인해 반도체의 성능과 수명이 급격히 저하되는 문제가 있었다. 공동 연구팀은 이를 해결하기 위해 화학적 결함을 스스로 치유하는 '휘발성 표면 재구축(Volatile Surface Reconstruction)' 공정을 새롭게 도입했다. 연구팀은 세슘-주석-아이오딘 반도체 표면에 칼륨 아세테이트를 처리하는 독창적인 방식을 적용했다. 이 공정을 거치면 성능 저하의 주요 원인이었던 표면의 불안정한 주석 이온이 휘발성 물질로 변해 공기 중으로 제거된다. 동시에 주석 이온이 빠져나간 자리에는 칼륨 아이오다이드가 자연스럽게 채워진다. 이 물질은 외부의 공기와 수분을 차단하는 강력한 자가 보호막을 형성한다. 결함의 원인은 제거하고 빈자리는 보호막으로 메우는 혁신적인 공정인 셈이다. 이 기술을 적용한 결과, 정공 이동도는 50cm²/V·s를 넘었다. 전류를 켜고 끌 때의 선명도를 나타내는 전류 점멸비(On/Off Ratio)도 1억(10⁸) 이상을 기록했다. 이를 통해 세계 최고 수준의 p형 페로브스카이트 트랜지스터 성능을 달성했다. 특히 기존 소자가 공기 중에서 수분 내 파괴됐던 것과 달리 새롭게 개발된 소자는 공기 중에서도 4시간 이상 안정적으로 성능을 유지했다. 또한 100℃의 가혹한 열 환경에서도 한 달 이상 초기 성능을 유지하며 우수한 내구성을 입증했다. 박지상 교수는 "이번에 개발한 휘발성 표면 재구축 공정은 주석 페로브스카이트 반도체의 상용화를 획기적으로 앞당길 수 있는 기술"이라며 "주석 페로브스카이트뿐만 아니라 다양한 차세대 반도체 소재의 내구성과 성능을 동시에 향상시키는 범용적인 반도체 제조 전략으로 널리 활용될 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업과 중견연구자사업, 삼성디스플레이의 지원을 받아 수행됐다. ※ 논문명: Tin perovskite transistors stabilized through volatile coordination ※ 학술지: Nature ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41586-026-10714-1
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- 작성일 2026-07-07
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- 성균관대-GIST 공동연구팀, 전류 변화 제어하는 새로운 트랜지스터 동작 원리 발견
- 나노과학기술원(SAINT) 강보석 교수·박지상 교수 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 김현호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 전압이 변하더라도 전류가 일정하게 유지되는 새로운 형태의 '플래토 트랜지스터(plateau transistor)'를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 반도체 소자의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 길을 열어 큰 주목을 받고 있다. 최근 인공지능(AI)과 빅데이터의 발전으로 반도체가 처리해야 할 데이터의 양이 폭발적으로 늘어나고 있다. 하지만 기존 반도체 기술은 성능을 높이고 크기를 줄이는 데 물리적 한계에 부딪힌 상황이다. 이에 따라 전 세계 연구진은 0과 1의 두 가지 신호만 사용하는 기존 '이진법' 방식을 넘어, 하나의 소자로 0, 1, 2 등 여러 상태를 동시에 표현할 수 있는 '다진법 논리 소자' 연구에 집중하고 있다. 다진법 소자가 도입되면 반도체 회로가 훨씬 단순해지고 에너지를 대폭 아낄 수 있다. 그러나 초저전력 다진법 반도체를 만들기 위해서는 특정 전압 구간에서 전류가 늘어나거나 줄어들지 않고 똑같이 유지되는 특이한 성질이 필요하다. 기존 기술로는 이를 안정적으로 구현하기가 매우 어려웠다. 공동연구팀은 2차원 반도체와 코발트페라이트 계면에서 나타나는 전자와 '폴라론(polaron)'의 상호작용에 주목했다. 전압을 조절함에 따라 폴라론이 생겨나고 사라지는 과정에서 전류의 흐름을 비선형적으로 제어할 수 있음을 발견한 것이다. 이를 통해 전압이 높아져도 전류가 완벽히 평평한 구간(플래토 구간)을 유지하는 트랜지스터를 안정적으로 만들어내는 데 성공했다. 강보석 교수는 "이번 연구는 기존 반도체 소자의 한계를 극복하고, 복잡한 회로를 하나로 줄일 수 있는 차세대 다진법 소자의 가능성을 보여준 신기술"이라며 "앞으로 더 빠르고 에너지를 적게 쓰는 폴라론 기반 미래형 컴퓨터 소자 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 성균관대 박효광 연구원과 금오공대 메흐무드 칼리드 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 성균관대 강보석·박지상 교수와 GIST 김현호 교수가 교신저자로 참여했다. 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재되었다. ▲ (왼쪽) 폴라론 기반 플라토 트랜지스터의 구조와 동작 메커니즘 (오른쪽) 플라토 트랜지스터를 활용한 다진법 소자 구현 방법 ※ 논문명: Small polaron-mediated zero differential transconductance of 2D semiconductor/CoFe2O4 heterojunction for plateau transistor applications ※ 학술지: NATURE COMMUNICATIONS (2026) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-026-71814-0
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- 작성일 2026-06-01
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- 대한민국 연구팀, 노벨상이 주목하는 세계 최초 페로브스카이트 태양전지 원천기술 증명했다/신성식 교수(킥)
- 70년 넘게 이어온 파란색 실리콘 태양광 패널의 한계!이론적 한계효율 29%의 벽을 깰 차세대 태양전지가 온다?중국의 압도적인 저가 공세 속에서,테슬라 일론 머스크는 왜 한국 태양광 기업에 러브콜을 보냈을까요? 실리콘을 넘어 우주와 AI 시대의 전력을 책임질마법의 신소재 '페로브스카이트(Perovskite)'!과연 한국은 원천기술의 강점을 살려미래 에너지 패권 전쟁에서 승리할 수 있을까요? 신박한 경제토크 킥 48회에서는차세대 태양광 소재 세계적 권위자 신성식 교수와 함께공급망 재편 속 K-태양광의 생존 전략과글로벌 에너지 시장의 미래 판도를 집중 분석합니다.
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- 작성일 2026-05-08
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- 성균나노과학기술원 김영준 교수팀, 배터리 제조의 혁명 ‘건식전극’ 세계 최고 밀도 구현 및 파운드리 사업화 도전
- 성균나노과학기술원 김영준 교수팀, 배터리 제조의 혁명 ‘건식전극’ 세계 최고 밀도 구현 및 파운드리 사업화 도전 - 건식전극 공정 맞춤형 ‘원바디’ 소재 개발로 전지 성능과 생산성 극대화 성균나노과학기술원 김영준 교수 연구팀이 차세대 배터리 혁신 제조 공정으로 주목받는 ‘건식전극’ 공정에 최적화된 소재 기술을 개발하고, 이를 통해 세계 최고 수준의 에너지 밀도를 가진 전극 원천기술을 확보했다. 이번 연구는 배터리 생산 패러다임을 바꿀 획기적인 성과로 평가받고 있다. 건식전극 기술은 리튬이온전지나 전고체전지 등 배터리 전극을 제작할 때, 기존의 액체 용매를 사용하는 방식에서 벗어나 용매 없이 고체 가루 형태의 원료를 직접 뭉쳐 전극을 만드는 기술이다. 이는 제조 과정에서 발생하는 유해 물질을 없애고 건조 공정을 생략할 수 있어 매우 친환경적이며 효율적이다. 현재 글로벌 전기차 기업인 테슬라가 양산화를 주도하고 있으며, 전 세계 배터리 기업들이 앞다퉈 기술 확보에 매진하고 있는 분야다. 김영준 교수 연구팀은 건식전극 공정의 고질적인 문제였던 ‘균일한 혼합’과 ‘대면적 생산’의 어려움을 해결하기 위해 활물질(에너지를 저장하는 물질)과 도전재(전기를 흐르게 돕는 물질)를 하나로 합친 ‘원바디(One-body)’ 소재를 개발했다. 이 소재를 통해 고품질의 전극을 대량으로 생산할 수 있는 핵심 기술을 완성했으며, 연세대학교 이용민 교수팀과의 시뮬레이션 협업을 통해 기술의 성능과 신뢰성을 객관적으로 검증했다. 김영준 교수는 “건식전극 기술은 단순한 친환경 공정을 넘어 배터리의 성능과 품질, 그리고 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 최적의 해결책”이라며, “이번에 개발한 특화 소재와 생산 공정 기술은 배터리의 제조 원가를 대폭 낮추고 글로벌 시장에서의 성능 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 중요한 발판이 될 것”이라고 연구의 의미를 강조했다. 연구팀은 학술적 성과에 그치지 않고 기술의 실제 상용화를 위해 연구실 창업 스타트업인 (주)코리너지솔루션을 통해 파운드리(위탁 생산) 사업화를 본격 추진할 계획이다. 특히 삼성SDI와 LG에너지솔루션 등 산업계 현장 경험이 풍부한 성균관대 교수진과 협력하여, 차별화된 건식전극 설계 및 셀 제조 기술을 고도화함으로써 국내 배터리 산업의 위상을 높이겠다는 포부를 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다. 양극 건식전극 관련 연구 결과는 에너지 분야 세계 최고 권위지인 ‘주울(Joule, IF 35.4)’에 게재되었으며, 음극 관련 연구는 ‘카본 에너지(Carbon Energy, IF 24.2)’ 온라인판에 실려 그 학술적 가치를 전 세계적으로 인정받았다. ▲ 배터리 혁신을 이끄는 건식전극 제조 공정 단계 및 원천 소재 기술 연구 성과 개요도 ※ 논문명 1: A continuous carbon nanotube sheath enables ultrahigh energy density and fast charging in dry-processed thick electrodes ※ 학술지: Joule ※ 논문링크: https://doi.org/1016/j.joule.2026.102392 ※ 논문명 2: Dry-Processed Graphite Electrodes Enabling Ultra-High Areal Capacity and Stable Fast-Charging Performance ※ 학술지: Carbon Energy ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/cey2.70163
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- 작성일 2026-04-17
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- 성균관대 장지수 교수팀, ‘온실기체로 전기를 만든다’... 신개념 가스전지 원천기술 개발
- 나노공학과 장지수 교수 연구팀은 아주대 윤태광 교수, 충북대 김한슬 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 대기 중 온실기체를 흡착하는 과정에서 전기를 스스로 만들어내는 신개념 에너지 소자인 ‘가스전지(Gas Capture and Electricity Generator, GCEG)’를 개발했다고 밝혔다. 이는 지구가 뜨거워지는 원인인 온실기체를 단순히 가두는 수준을 넘어, 유용한 에너지원으로 탈바꿈시킨 혁신적인 성과로 평가받는다. 최근 기후 위기 해결을 위해 탄소를 포집하고 저장하는 기술(CCUS)이 주목받고 있으나, 기존 방식은 온실기체를 모으고 처리하는 과정에서 오히려 막대한 양의 전기나 열 에너지를 소모해야 한다는 한계가 있었다. 공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 온실기체가 전극 표면에 달라붙을 때 발생하는 물리·화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 완전히 새로운 방식의 소자를 제안하였다. 연구팀이 개발한 가스전지는 탄소 기반 전극과 하이드로겔 소재를 비대칭 구조로 결합한 형태이다. 대기 중의 질소산화물(NOx)이나 이산화탄소(CO₂)가 장치에 흡착되면 내부에서 전하의 재분포가 일어나고 이온이 이동하면서 외부 전원 없이도 지속적인 직류 전기를 생산한다. 즉, 공기 중의 오염물질이 전지의 ‘연료’가 되어 환경을 정화함과 동시에 전력을 공급하는 셈이다. 이 기술은 향후 별도의 배터리 없이 작동하는 스마트 환경 센서나 자가발전 IoT 시스템은 물론, 대량의 배출가스가 나오는 산업 현장에서 에너지 회수와 탄소 저감을 동시에 달성하는 핵심 기술로 활용될 수 있다. 특히 분산형 에너지 시스템에 적용될 경우 탄소중립 실현을 앞당기는 데 기여할 것으로 보인다. 장지수 교수는 “이번 연구는 온실기체를 단순히 처리해야 할 골칫덩이가 아니라, 새로운 에너지 자원으로 활용할 수 있음을 보여준 사례”라며 “앞으로 이 기술을 탄소중립을 넘어 에너지를 생성하는 환경 기술 플랫폼으로 발전시켜 나가겠다”고 포부를 밝혔다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘에너지 앤 이바이론멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science, IF: 31.0)’에 게재되었으며, 연구의 우수성과 독창성을 인정받아 해당 학술지의 대표 표지(Front cover) 논문으로 선정되었다. 논문 게재 성과SKKU RESEARCH STORY Electrical power generation from asymmetric greenhouse gas capture Energy & Environmental Science 원문 보기 (DOI) 장 [장지수 교수]프로필 → ▲ 논문 표지 ▲ 온실기체 흡착기반 전력발생 장치 ‘가스전지’의 원리를 설명하는 그림
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- 작성일 2026-04-17
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- '2025 국가연구개발 우수성과 100선' 6건 대거 선정... 연구 중심 대학 위상 입증
- '2025 국가연구개발 우수성과 100선' 6건 대거 선정... 연구 중심 대학 위상 입증 - 리튬배터리·암 치료·AI 등 미래 핵심 기술 분야서 독보적 연구 역량 증명 - 기계·소재부터 생명·해양, 융합 분야까지 전 학문 영역에 걸친 혁신 성과 빛나 ▲ (왼쪽 위부터) 박호석, 김훈, 원홍희, 임용택, 조동규, 추현승 교수 과학기술정보통신부가 주관하는 ‘2025년 국가연구개발 우수성과 100선’에 본교 연구진의 성과 6건이 최종 선정되며 대한민국을 대표하는 연구 중심 대학으로서의 압도적인 저력을 입증했다. 국가연구개발 우수성과 100선은 정부 지원을 받아 수행된 연구 중 학술적 가치와 경제적 파급 효과가 뛰어난 성과를 선정하는 제도로, 올해 우리대학은 기계·소재, 생명·해양, 융합 등 여러 학문 분야에서 혁신적인 연구 성과를 인정받았다. ▶ 미래 에너지와 난치병 극복을 위한 혁신 연구 기계·소재 분야에서는 박호석 교수가 개발한 ‘고엔트로피 실리콘 합금 기반 고용량·고안정성 리튬이온배터리 음극 신소재’가 선정됐다. 이 기술은 전기차 등의 배터리 수명을 늘리고 안정성을 높이는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대를 모은다. 가장 많은 성과를 기록한 생명·해양 분야에서는 인류의 건강 증진을 위한 연구가 빛났다. 김훈 교수는 재발하거나 전이된 암에서 발견되는 ‘대규모 ecDNA’의 존재를 규명하여 암 치료의 새로운 방향을 제시했다. 원홍희 교수는 유전적 요인과 생활습관이 비만에 미치는 상호작용을 밝혀내어 개인 맞춤형 질환 예방의 기틀을 마련했다. 이어 임용택 교수는 세계 최초로 동력학 기반의 항암면역치료법 플랫폼을 개발해 암 치료 효과를 극대화하는 성과를 거두었으며, 조동규 교수는 치매 치료를 위해 뇌 속으로 유전자 가위를 안전하게 전달하는 ‘엑소좀 기반 기술’을 선보여 연구 우수성을 인정받았다. ▶ 인간과 AI의 공존을 향한 융합 기술 선도 마지막으로 융합 분야에서는 추현승 교수가 ‘미래 인류를 위한 인간 AI 공학의 수퍼인텔리전스 원천기술 및 융합연구’로 이름을 올렸다. 해당 연구는 인공지능이 인간과 지능적으로 협력하며 상호 발전할 수 있는 미래 사회의 핵심 기반 기술을 확보했다는 점에서 높은 평가를 받았다. 유지범 총장은 “이번 성과는 우리 대학 연구진의 끊임없는 도전과 혁신적인 연구 환경이 결합되어 나타난 결실이다”라며 “앞으로도 본교는 인류 사회의 난제를 해결하고 미래 산업을 이끌어갈 세계 최고 수준의 연구 성과를 창출할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 강조했다.
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- 작성일 2025-12-29
- 조회수 724
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- 성균나노과학기술원(SAINT) 설립 20주년 기념행사 개최
- 성균나노과학기술원(SAINT, SKKU Advanced Institute of Nanotechnology)은 설립 20주년을 기념하는 행사를 11월 7일(금) 자연과학캠퍼스 삼성학술정보관에서 개최했다. 2005년 설립된 SAINT는 ‘세계 Top 5 나노과학기술 연구기관’이라는 비전을 가지고, 지난 20년간 나노소재·양자정보·에너지·바이오 등 첨단 융합 분야에서 국가 경쟁력을 이끌어왔다. SAINT는 삼성전자, SK 등 국내외 주요 기업과의 산학협력을 통해 연구 성과의 산업화에 앞장서고 있으며, 1,000여 명의 우수 인재를 배출하여 학계·산업계·국책연구소 등으로 진출시켰다. https://www.skku.edu/skku/campus/skk_comm/news.do?mode=view&articleNo=131496
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- 작성일 2025-11-24
- 조회수 935
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- 삼성전자 DS아카데미 교육 - 강승구 교수 '나노-분자 통계열역학' 강의
- 삼성전자 DS 설비아카데미(윤태양 삼성전자 부사장)에서 진행된 2025년 상반기 2주 집중 교육 과정에서 강승구 교수(SAINT·나노공학과)가 ‘나노-분자 통계열역학’을 강의하며 특별 공로상을 수상했다. 이번 프로그램은 SKKU와 KAIST가 외부 시범대학으로 선정되어 처음 시행된 협력 과정으로, 15–25년 경력의 현업 설비 엔지니어 70명이 참여했다. 삼성전자는 시범 운영 결과 중 강의 효과와 교육생 평가가 매우 긍정적이었다는 점을 근거로SKKU와의 협력 강화를 결정했고, 이에 따라 해당 과목의 FE Pro 정규 과정 반영을 확정했다. 이후 삼성전자는 협력을 확대해 반도체 수학 개발, Python 기반 통계 교육 패키지, 과제 맞춤형 교육·컨설팅을 추진하고 있다. 수료식에서는 김용호 학과장이 축사로 참여해 이번 사례를 “교육과 연구가 산업 현장과 직접 연결된 의미 있는 모델”로 평가하며 향후 시너지를 기대한다고 밝혔다.
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- 작성일 2025-11-24
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- 2차원 h-BN 물질 점결함 큐비트의 양자 정보 손실 메커니즘 규명
- 2차원 h-BN 물질 점결함 큐비트의 양자 정보 손실 메커니즘 규명 외부 자기장에 따른 양자 결잃음 현상의 변화에서 전이 경계가 존재함을 규명함. 이를 통해 양자정보 유지시간(T2) 향상 조건을 제안. 동위원소 공학을 통한 양자물질 설계 원리를 제공 양자정보공학과 서호성 교수 · 나노과학기술학과 이재욱, 김현수, 박희진 연구원 양자정보공학과 서호성 교수 연구팀(제1저자 이재욱, 김현수, 박희진)은 최근 혁신적인 양자정보소자로 각광받고 있는 이차원 육방정계 질화붕소(h-BN)의 음전하 붕소 공극(VB-) 큐비트의 양자 결잃음(decoherence) 현상을 체계적으로 분석하고, 결잃음 시간(T2)을 연장하기 위한 구체적인 방법들을 제시하였다. 본 연구를 통해 서로 다른 외부 자기장 영역에서 결잃음 현상이 급격하게 변화할 수 있음을 보였고, 변화가 일어나는 전이 경계(transition boundary)의 위치를 정확하게 예측할 수 있는 정량적 기준과 수치 방법론을 개발하였다. 이를 통해 h-BN VB- 큐비트 소자의 실질적인 양자정보 응용 가능성을 크게 높일 수 있었다. h-BN의 VB- 큐비트는 상온에서 빛을 이용하여 양자 상태를 조작할 수 있는 장점을 가진 스핀 큐비트 소자로 최근 큰 주목을 받고 있다, 하지만, 짧은 T2 시간이 실용화를 가로막는 핵심 한계로 지적되어 왔다. 이를 극복하기 위해서는, 양자 결잃음 현상에 대한 미시적 이해와 이를 바탕으로 결잃음을 최대한 억제할 수 있는 다양한 공학적 접근이 개발되어야 한다. 이에 연구팀은 일반화된 클러스터 상관 전개법(Generalized cluster-correlation expansion)과 범밀도 함수론 (Density functional theory) 계산법을 결합한 새로운 양자 다체계 전산모사 방법을 사용해, VB-의 결잃음 현상이 외부 자기장의 변화에 따라 어떻게 변화하는지를 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 붕소와 질소의 동위원소 조성에 따라 T2 시간이 달라지고, 외부 자기장에 특정한 전이 경계가 존재해 경계 위에서는 T2 시간이 백배 이상 증가함을 보였다. 또한, 일부 자기장 구간에서는 특정 핵스핀으로 인해 결맞음 신호에 뚜렷한 변조가 발생함을 예측하였으며, 이러한 결맞음 변조 현상은 앞으로 본 연구 결과의 더욱 정확한 실험적 검증을 위해 활용될 것으로 기대된다. 본 연구는 h-BN의 밀집된 핵스핀 환경으로 인해 발생하는 독특한 큐비트 결잃음 현상을 설명하는 체계적인 이론을 정립했다는 점에서 의미가 크다. 본 연구에 밝힌 메커니즘을 바탕으로 양자정보 보호를 위한 최적의 동위원소 조성비 및 외부 자기장 조절 등의 구체적인 공학적 설계 원리를 제안하였으며, 향후 2차원 h-BN 기반의 양자 소자 설계와 양자 센싱 조건 최적화 등의 다양한 분야에서의 활용이 기대된다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국연구재단 양자정보과학 인적기반 조성사업, 한국연구재단이 지원하는 성균관대 양자정보연구지원센터 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 연구의 우수성을 인정받아 2025년 8월 24일 응용 물리 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 19.0) 학술지에 출판 되었다. ※ 논문명: Magnetic-Field Dependent VB− Spin Decoherence in Hexagonal Boron Nitrides: A First-Principles Study ※ 학술지: Advanced Functional Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202511274
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- 작성일 2025-10-13
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산화물반도체 전자기장 증폭 빛에서 화학에너지로 전환하는 플라즈모닉 기술 개발 - 화학공학부 김정규 교수 연구팀은 부산대 김지희 교수, 성균관대 권석준 교수 연구팀과 공동연구를 통해, 금속산화물 반도체 전극 소재에 고도화된 플라즈모닉 나노구조체를 도입함으로서 전자기장 증폭을 유도하여 광수확 효율(light harvesting efficiency)을 개선시키고 전하의 재결합(charge recombination)을 크게 억제하여 태양광에너지에서 전기화학에너지로의 차세대 에너지전환 기술을 개발하였다. 김정규 교수 연구팀(제1저자 노승훈 석박통합과정)은 공동연구팀(부산대 김지희 교수, 성균관대 권석준 교수)과 함께 태양광에 반응하여 전자기장을 증폭시키는 참신한 플라즈모닉 구조체를 개발하여 광전극 소재의 산화 성능을 효과적으로 활성화하는 기술을 개발했다. 특히, 전자기장 증폭을 통한 광전압을 극대화함으로써 광전기화학적(Photoelectrochemical, PEC) 글리세롤 산화 반응의 활성화를 통해 고부가가치 화합물을 생산하는 촉매 기술을 제시하였다. 제로탄소, 친환경 대체연료로써 그린 수소를 생산하는 수전해 기술은 산화 전극에서의 낮은 활성도로 인해 전체 수전해 성능이 저해되는 이유로, 수전해 기술 실용화를 위해서는 산화 전극의 성능을 개선하는 기술의 개발이 필수적인 상황이다. 이에, 효율적인 산화 전극 구동을 위해 태양에너지를 활용하는 PEC반응을 도입하는 시도가 이어지고 있으나, PEC반응에 주로 활용되는 전이금속 기반의 광전극 소재의 낮은 전기적 특성과 아쉬운 표면 산화 반응 활성도로 인해 여전히 산화 전극 성능 개선에 어려움이 있는 상황이다. 이에 연구팀은 PEC가 태양에너지에 의해 구동된다는 점에 착안하여, 태양에너지로 구동 가능한 플라즈모닉 구조체를 도입함으로써 상승작용을 일으켜 효과적인 산화 전극의 반응을 개선함과 동시에 태양에너지의 화학에너지 전환을 실현하였다. 연구팀은 광전극 소재 내부에 형성된 전자기장이 성능과 밀접한 연관을 갖는것을 활용해, 클러스터-내부 및 클러스터-클러스터 상호작용으로 전자기장의 증폭을 유도하는 참신한 플라즈모닉 구조체를 설계하였다. 특히, 약 5 nm 두께의 절연층으로 플라즈모닉 구조체를 감싸, 증폭된 전자기장의 에너지를 광전극으로 전달하는 메커니즘을 활용하여 광전극 소재의 전하 수송 효율을 개선시키고 광전압을 극대화 시켰으며 표면 전하 전달 성능을 향상시켰다. 이에따라, 개발된 광전극 촉매(c-Au/BVO)는 개선된 물 산화 성능은 물론, 고활성의 글리세롤 산화 반응을 보여 고부가가치 화합물을 생산 하였다. 연구팀은 순간 흡수 분광법(Transient absorption spectroscopy), 켈빈 프로브 힘 현미경(Kelvin probe force microscopy), 실시간 감쇠전반사-퓨리에 변환 적외선 분광법 분석을 통해 플라즈모닉 구조체 도입에 따른 광생성 전하의 거동을 규명하고 이에 따른 산화 반응 개선 메커니즘을 제시하였다. 이번 연구는 수전해 기술 실용화의 큰 난관인 산화반응의 효과적인 개선과 동시에 바이오디젤 산업의 경제성을 높일 수 있는 태양에너지-화학에너지 전환 기술을 제시함으로써, 지속가능한 탄소 중립 사회로의 전환에 크게 기여할 것으로 기대된다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구-중견연구(NRF-2022R1A2C1011559), 집단연구지원사업-선도연구센터(RS-2024-00405818)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 연구의 우수성을 인정받아 환경공학 분야 세계 최고(상위1%)의 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’ 저널(IF:21.1) 에 2025년 6월 16일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Plasmon Induced Field Amplification for Enhancing Photoelectrochemical Oxidative Valorization ※ 학술지: Applied Catalysis B: Environment and Energy ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125600 전자기장을 증폭하는 플라즈모닉 구조체 도입을 통한 고활성 태양광-화학에너지 전환 기술 태양광 유도 전자기장을 증폭시키는 플라즈모닉 구조체를 도입한 산화물 반도체 전극 구현 빛 에너지 유도 전자기장을 플라즈모닉 구조체가 증폭시켜 광-전기화학 에너지변환 성능 개선 (공동교신저자) 성균관대학교 화학공학부 권석준 교수 (제1저자) 성균관대 화학공학과 석박통합과정 노승훈
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- 작성일 2025-08-04
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