물리학과

2026년 05월 21일

2026년 봄 UNIST 물리학과 OPEN-LAB 성료

UNIST 물리학과는 5월 15일(금), 2026년 봄 OPEN-LAB 행사를 개최하였습니다. 올해로 3회를 맞이한 이번 행사에는 UNIST 재학생 40명을 비롯해, 교외 학생 48명이 전국 각지에서 참석하였습니다. 이번 OPEN-LAB에서는 학생들이 물리학과 연구실을 직접 탐방하고, 2027학년도 대학원 입시와 여름방학 인턴십 프로그램, 향후 진로에 대해 알아보는 뜻깊은 시간을 가졌습니다. 귀한 시간을 내어 참석해주신 모든 학생 여러분께 진심으로 감사드리며, 이번 행사가 UNIST 물리학과와 연구 분야에 대해 더 깊이 이해하는 유익한 계기가 되었기를 바랍니다.

2026년 05월 04일

2026년 봄 물리학과 오픈랩: 학과 소개, 대학원 입시, 인턴십 설명회 안내

<오시는 길> 울산(통도사) KTX역 하차 후 513번 버스(태화강 방면) - UNIST 하차 <행사일정> 13:00 - 13:15 환영회 13:15 - 14:00 UNIST 물리학과 및 랩투어 소개 14:00 - 16:40 실험실 탐방 16:40 - 17:30 입시 및 인턴십 설명회 17:30 - 20:00 저녁식사와 담소의 시간

2026년 04월 02일

[남궁선교수, 김제형 교수]전기로 켜고 끄는 고순도 단일양자광원 개발.. “양자 원천 기술”

전압을 가해 켜고 끌 수 있는 단일양자광원이 새롭게 개발됐다. 광원을 켜고 끄기 위해 전압을 가하면 광자의 에너지가 변하는 부작용이 해결돼, 단일양자광원을 이용한 칩 기반 양자컴퓨팅과 양자암호통신 기술 개발을 기대할 수 있게 됐다. UNIST 물리학과 남궁선·김제형 교수팀은 스타크 효과(Stark Effect)를 억제한 2차원 반도체 물질 기반 고순도 단일양자광원을 개발했다고 23일 밝혔다. 일반적인 형광등에서 1초에 약 10¹⁸개 이상의 빛 입자(광자)가 쏟아져 나오는 것과 달리, 단일양자광원은 아주 짧은 순간(나노초)에 단 하나의 광자만을 방출하는 광원이다. 이 단일 광자를 비트(bit)와 같은 정보의 최소 단위로 활용해 양자컴퓨팅이나 양자암호통신에 쓸 수 있다. [연구그림] 2차원 반도체 물질 기반 단일양자광원을 전압으로 스위칭하는 모식도 스타크 효과는 광원을 켜고 끄기 위해 전압을 가했을 때 방출되는 광자의 에너지가 변하는 현상이다. 양자컴퓨팅이나 양자암호통신에서는 여러 광자가 서로 간섭하면서 정보를 처리하는데, 광자 에너지가 달라지면 서로 다른 광자로 구별돼 간섭과 같은 양자현상이 제대로 일어나지 않는다. 특히 여러 광원이 집적돼 전압이 불안정한 칩 환경에서는 스타크 효과가 더 문제가 된다. 연구팀은 단일양자광원 내부에 미세한 공기층을 만드는 방식으로 스타크 효과를 억제한 단일양자광원을 개발했다. 개발된 광원은 뾰족한 실리콘 나노 피라미드 위에 2차원 반도체 물질인 텅스텐 디셀레나이드(WSe₂)가 올려진 구조로, 실리콘과 반도체 사이에 공기층이 형성되어있다. 이 공기층이 2차원 반도체에 전달되는 전기장을 주변부의 약 20분의 1 수준으로 줄여줘 광자의 에너지 변화를 막는다. 또 순도도 개선됐다. 단일양자광원을 실제로 만들면 한 번에 하나의 광자가 아니라 여러 광자가 동시에 방출될 가능성이 있는데, 이번 연구에서는 이 확률값이0.06 수준으로 나타났다. 확률값이 0.5 이하이면 단일양자광원으로 간주되며 값이 0에 가까울수록 하나의 광자만 방출되는 순도가 높은 상태를 의미한다. 연구팀은 실리콘 나노 피라미드와 2차원 반도체 사이에 삽입한 고품질 절연층이 주변 결함에서 발생하는 배경 발광을 줄인 덕분이라고 설명했다. 이번 연구에는 사티아브라트 베헤라(Satyabrat Behera) 연구원과 문종성 연구원이 제1저자로 참여했다. 공동 연구팀은 “전기 신호로 단일광자를 제어하면서도 광자의 에너지를 안정적으로 유지하고, 순도까지 함께 개선한 구조를 제시한 것에 의미가 있다”며 “실리콘 반도체 공정과 호환돼 향후 칩 기반 양자 통신, 광자 양자 컴퓨팅, 양자 광학 센서 개발에 직접 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구결과는 나노 레터스(Nano Letters)에 3월 11일 온라인 게재됐다. 연구수행은 정보통신기획평가원(IITP) ITRC 사업, 한국연구재단, UNIST 미래선도형 특성화사업 등의 지원을 통해 이뤄졌다. (끝). Tags:단일양자광원물리학과스타크효과양자암호통신양자컴퓨팅이차원반도체물질전압

2026년 03월 27일

UNIST 적분 토너먼트 ‘Integration Bee’ 첫 판 맞붙었다

물리학과는 26일 104동 E206호에서 수학적 문제 해결 능력을 겨루는 ‘Integration Bee 2026’을 처음 개최했다. 학생들의 자발적 참여로 치러진 이번 행사는 UNIST 안에 새로운 학술 문화가 뿌리내릴 가능성을 보여줬다. ‘Integration Bee’는 1981년 MIT에서 시작된 실시간 적분 문제 토너먼트다. 물리학과 공학의 핵심 도구인 적분 풀이 역량을 겨루는 대표적 수학 경진으로 꼽힌다. 최근 국내 여러 대학으로 유사한 형식의 대회가 확산되며 관심이 높아지고 있다. UNIST도 올해 대회를 열며 학내 적분 경진대회의 첫 장을 열었다. 이를 일회성 행사에 그치지 않고 해마다 이어지는 학내 대표 학술 프로그램으로 발전시킨다는 계획이다. 우승자에게 주어지는 ‘Grand Integrator’ 타이틀 역시 학생들이 도전하는 상징으로 활용될 것으로 기대된다. 이번 경진에는 총 19명이 예선에 참가했고, 이 가운데 8명이 본선에 올랐다. 결선 당일에는 학부생과 대학원생 43명, 교직원 6명이 현장을 찾았다. 다양한 전공의 참가자들이 한자리에 모여 문제를 풀고 서로를 응원하며 학문적 경쟁과 교류가 함께 이뤄졌다. ‘UNIST Integration Bee 2026’ 결승 진출 학생들이 적분 문제 풀이 실력을 겨루고 있다. 제한된 시간 안에 복잡한 적분 문제를 풀어야 하는 방식인 만큼 빠른 판단력과 정확성이 동시에 요구됐다. 우승과 함께 ‘Grand Integrator’ 상을 거머쥔 박정준 학생(기계공학과)은 “고등학생 때부터 Integration Bee 문제를 접하며 관심을 가져왔는데, 직접 참가하게 돼 뜻깊었다”며 “여러 학과 학생들이 짧은 시간에 문제를 해결하는 모습이 인상적이었다”고 소감을 전했다. 2위를 차지한 조현민 학생(기계공학과)은 “다른 참가자들의 수준 높은 풀이를 통해 많은 자극을 받았다”며 “첫 행사임에도 완성도가 높았고, 준비해준 모든 분께 감사하다”고 말했다. 공동 3위에 오른 방세훈 학생(물리학과)은 “많은 학생과 교수님들이 함께해 처음에는 긴장했지만, 점차 경기에 집중할 수 있었다”며 “이번 경험이 수학에 대한 열정을 다시 끌어올리는 계기가 됐다”고 했다. 공동 3위 이예지 학생(새내기학부)도 “다른 참가자들과 함께 문제를 풀 수 있어 의미 있었고, 내년에도 다시 도전하고 싶다”고 덧붙였다. 허민섭 물리학과장은 “첫 개최였지만 높은 참여 속에 마무리된 이번 행사는 UNIST 안에 학문적 도전 문화 확산의 계기가 됐다”며 “앞으로도 학생들의 성장을 지원하는 프로그램을 지속적으로 확대해 나가겠다”고 밝혔다. Tags:GrandIntegratorIntegrationBeeMITPhysics물리학과박정준수학적문제해결적분경진대회학생주도행사학술문화

2026년 03월 21일

[이석형 교수]잡음에도 끄떡없는‘오류 내성 양자 촉매’의 조건 규명

이석형 교수와 난양공대 연구팀은 기존에 제시됐던 대부분의 양자 촉매 방식은 미세한 잡음에도 촉매가 점차 훼손돼 반복 사용이 어렵고, ‘촉매 채널’ 방식만이 실제 환경에서도 안정적인 촉매 효과를 유지할 수 있다는 것을 수학적으로 증명했다. ㅣ 디자인: 김나리 양자 촉매는 얽힘이나 결맞음 같은 제한된 양자 자원을 효율적으로 쓸 수 있게 하는 특수한 양자 자원이다. 이 양자 촉매의 효과를 잡음이 있는 실제 환경에서도 유지할 수 있는 조건을 국제 공동연구진이 제시했다. UNIST 물리학과 이석형 교수와 싱가포르 난양공과대학교 연구팀은 기존에 제시됐던 대부분의 양자 촉매 방식은 미세한 잡음에도 촉매가 점차 훼손돼 반복 사용이 어렵고, ‘촉매 채널’ 방식만이 실제 환경에서도 안정적인 촉매 효과를 유지할 수 있다는 것을 수학적으로 증명했다고 4일 밝혔다. 양자 촉매는 원래는 불가능한 양자 상태 변환을 가능하게 해주는 양자 자원이다. 화학 공정의 촉매처럼 자신은 소모되지 않으면서, 기존 양자 자원을 재사용하는 방식으로 효율성을 높여줄 것으로 여겨져 양자 ‘촉매’라고 불린다. 연구에 따르면, 기존 연구에서 이론적으로 가정된 양자 촉매는 연산에 쓰일 입력 상태를 준비할 때 발생하는 아주 작은 오차(잡음)만으로도 점차 망가진다. 촉매의 가장 큰 특징인 재사용성이 훼손되는 것이다. 문제를 피할 수 있는 해법으로 연구팀은 ‘촉매 채널(Catalytic Channel)’을 제시했다. 촉매 채널은 입력 상태가 무엇이든 관계없이, 항상 촉매가 정확히 원래 상태로 복원되도록 설계된 양자 연산 방식이다. 기존의 양자 촉매는 입력 상태가 완벽하게 준비된다는 이상적인 가정을 전제로 설계돼, 미세한 잡음에는 취약했다. 연구팀은 동시에 촉매 채널의 한계도 분명히 했다. 얽힘, 결맞음 등 대표적인 양자 자원의 경우에는 이 ‘촉매 채널’ 연산 방식을 적용하더라도 새로운 이득을 얻는 것이 원천적으로 불가능하다는 ‘불가능성 정리’를 내놨다. 반면, 특정한 열역학적 조건에서는 잡음이 있어도 촉매 채널의 효과를 안정적으로 유지할 수 있음을 보였다. 이석형 교수는 “이번 성과는 실험적으로 검증하기 어려운 이상적인 가정이 아니라, 잡음이 존재하는 현실적인 조건에서 양자 촉매가 어디까지 유지될 수 있는지를 밝힌 연구”라며, “양자 컴퓨터의 연산 효율을 높이기 위한 회로 최적화나 양자 열기관 설계에서, 잡음에 강한 구조를 어떻게 설계해야 하는지에 대한 가이드라인을 제시했다는 데 의미가 있다”고 설명했다. 양자 열기관은 자동차 엔진이나 에어컨 같은 고전적인 열기관을 원자나 분자 단위의 미시 단위로 축소한 장치다. 이번 연구는 이 교수와 싱가포르 난양공대(NTU)의 넬리 응(Nelly H. Y. Ng) 교수가 교신저자, 난양공대 손정락 박사가 제1저자로 참여했다. 프랑스 엑스-마르세유 대학교, 일본 나고야 대학교 연구진도 함께했다. 한국연구재단과 정보통신기획평가원(IITP) 등의 지원을 받아 이뤄졌으며, 연구 결과는 물리학 분야 권위 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 지난달 6일 출판됐다. (끝) Tags:물리학과양자정보과학양자촉매오류내성자원방송촉매채널

2026년 03월 12일

[손창희교수, 박형렬 교수]‘뱀처럼 열로 사물 보는 센서’.. AI로 최적의 센서 소재 찾아냈다!

손창희·박형렬 교수팀은 인공지능 기술을 이용해 상용 소재보다 성능이 20배 이상 뛰어난 적외선 열감지 센서용 박막 적층 소재를 개발했다. 디자인: 김나리 뱀은 적외선 열을 감지하는 감각기관 덕분에 어둠 속에서도 먹잇감을 찾아낸다. 열화상 카메라에도 이 같은 역할의 센서가 들어가는데, 이 센서 성능을 높일 수 있는 특수 소재가 인공지능 기술로 개발됐다. 고성능 열화상 카메라, 자동차의 야간 보행자 인식 장치 등을 만들 수 있게 됐다. UNIST 물리학과 손창희·박형렬 교수팀은 인공지능 기술을 이용해 상용 소재보다 성능이 20배 이상 뛰어난 마이크로볼로미터 센서용 박막 적층 소재를 개발했다고 25일 밝혔다. 마이크로볼로미터는 사물이 방출하는 적외선 열을 감지해 이를 전자기기가 처리할 수 있는 전기 신호로 바꿔주는 센서다. 센서 안의 특수 소재가 적외선 열을 흡수하면 소재의 전기저항이 바뀌는 원리로 작동하기 때문에, 고성능 센서를 만들기 위해서는 작은 온도 변화에도 전기저항이 잘 변화하는 민감한 소재가 필요하다. 연구팀이 개발한 소재는 민감도가 뛰어난 이산화바나듐을 기반으로 한다. 이산화바나듐에 텅스텐이 첨가된 박막이 4겹으로 쌓여 있는 형태다. 각 층마다 텅스텐의 함량과 두께가 다르게 설계된 덕분에 이산화바나듐의 고질적 문제인 급격한 신호 변화와 이력 현상을 줄였다. 센서는 온도 변화에 따른 전기저항 변화가 1차 함수처럼 직선에 가까울수록 신호 신뢰도가 높은데, 순수 이산화바나듐은 특정 구간에서 급격한 저항 변화가 일어나며 온도가 오를 때와 다시 내려왔을 때의 전기 저항값이 달라지는 이력 현상이 있다. 이는 같은 온도에서도 측정값이 달라질 수 있어 센서 신호의 신뢰도가 떨어지는 원인이었다. 이 소재 박막층의 두께 조합은 이론적으로 130만 개가 넘어가는데, 연구팀은 유전 알고리즘이라는 AI 기술을 사용해 최적의 두께 조합을 찾아낼 수 있었다. 생물진화의 ‘자연 선택’ 원리를 모방해 무작위로 생성된 수많은 두께 조합 중 성능이 좋은 것만 골라내어 서로 조합하고 수정시키는 과정을 반복해 최적의 두께 조합을 찾아가는 방식이다. 실험 결과, 이 소재는 상온(20~45도) 구간에서 온도 민감도(TCR)가 기존 상용 소재 대비 3배 이상 높은 7.3%를 기록했으며, 베타(β) 지표는 23.6배 향상됐다. 베타 지표는 민감도뿐 아니라 신호의 정확성과 신뢰도까지 함께 고려해 실제 센서 성능을 평가하는 종합 성능 지표이다. 또 300도의 저온 공정으로 기존 반도체 회로(CMOS) 위에 직접 증착할 수 있어 상용화 가능성도 크다. 마이크로볼로미터는 저항 변화 신호를 읽어내는 반도체 회로 위에 증착되는 형태로 써야 하는데, 이산화바나듐을 이용한 기존 기술은 500도 이상의 고온 공정이 필요해, 고열이 이미 완성된 회로를 손상시킬 수 있다. 이번 연구는 UNIST 물리학과 최진현 연구원과 이형택 박사가 제1 저자로 주도했다. 연구팀은 “사람이 일일이 소재 조합을 바꿔가며 했다면 산술적으로 750년이 걸릴 실험 규모를 인공지능 기술로 대폭 단축하고, 설계된 소재를 직접 박막 형태로 합성해 냈다는 데 의미 있는 연구”라고 설명했다. 손창희 교수는 “자율주행 차량의 야간 장애물 탐지나 드론을 활용한 야간·원거리 감시, 다수 인원의 체온 변화를 감지하는 대규모 바이러스 감염 모니터링 등 고성능 열 감지 기술이 필요한 분야에 폭넓게 활용될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 1월 28일 자로 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) 나노소재기술개발사업, 기초연구실사업, 중견연구사업과 정보통신기획평가원(IITP) 정보통신방송혁신인재양성사업(ITRC) 등의 지원을 받아 이뤄졌다. Tags:CMOS감염병모니터링마이크로볼로메터바나늄산화물야간보행자인식열화상카메라이산화바나듐적외선열감지센서

2026년 02월 23일

2026학년도 물리학과 졸업식 및 우수논문 시상식 개최

2월 23일 오후 2시, 2026학년도 UNIST 학위수여식이 개최되었습니다. 학위수여식에 앞서, 물리학과에서는 학생 여러분의 졸업을 축하하고 우수 졸업생과 대학원 우수논문 발표자, 그리고 성실하게 TA 활동을 수행한 학생분들에게 상장을 수여하는 자리를 마련하였습니다. 이 자리에서는 2026학년도 물리학과 우수졸업자상, 대학원 우수 논문상, 우수 TA상이 다음과 같이 수여되었습니다. 학부 우수졸업상: 문대호, 박종휘 대학원 최우수 논문상: 김계현 (지도교수: 손창희) 대학원 우수 논문상: 이은유 (지도교수: 류동수), 이재현 (지도교수: 남궁선), 김준영 (지도교수: 박형렬), 박동현 (지도교수: 김제형) 우수 TA 상: 이희열 (일반물리학), 이수한 (일반물리학실험)

2026년 01월 15일

[남궁선 교수, 박노정 교수] DNA 닮은 ‘손대칭성 물질’ 속 전자, 튕겨 나올 때 ‘스핀’도 바뀐다!

손대칭성 물질을 통과한 전자의 스핀이 한쪽 방향으로 정렬되는 현상은 차세대 스핀트로닉스 기술의 토대가 되지만, 이 현상의 구체적 과정은 미궁이었다. 국제 공동 연구진이 전자의 스핀 분포를 실공간에서 관찰하는 실험을 통해 이 문제에 해답을 제시했다. UNIST 물리학과 남궁선·박노정 교수팀은 미국 펜실베이니아주립대 빙하이옌 교수팀과 함께 손대칭성 물질이 전자의 스핀 방향 자체를 바꾼다는 사실을 입증했다고 7일 밝혔다. 손대칭성 물질이 특정 방향의 스핀을 걸러내는 수동적인 역할을 한다는 가설이 주를 이뤘는데, 이를 뒤집는 연구 결과다. 손대칭성(키랄성)은 왼손과 오른손처럼 얼핏 보면 모양이 같게 생겼지만, 절대로 포개질 수 없는 구조를 말한다. 우리 몸의 DNA나 용수철도 꼬인 방향에 따른 손대칭성이 있다. 이런 나선형 손대칭성 물질에 전류를 흘리면 특정 방향의 스핀을 가진 전자만 통과하는 현상이 나타나는데, 이는 차세대 스핀트로닉스 소자를 만들 수 있는 원리이다. [연구그림] 손대칭성 물질에 전류를 흘렸을 때 꼬인 방향에 따라 스핀 전류가 흐르게 되는 원리 모식도 하지만 이 현상이 어떻게 나타나는지를 두고는 학계 해석이 엇갈려 왔다. 손대칭성 물질이 원하지 않는 스핀은 튕겨내고 맞는 스핀만 통과시킨다는 ‘스핀 필터’ 가설과 전자의 스핀 방향을 물질의 구조에 맞춰 변화시킨다는 ‘스핀 편극자’ 가설이 맞서 온 것이다. 연구팀은 원자들이 나선형으로 꼬여있는 무기물인 텔루륨 나노선을 이용해 이를 실험적으로 규명했다. 텔루륨 나노선에 그래핀 전극을 연결해 전류를 흘린 뒤, 이를 특수 현미경으로 관찰한 실험이다. 관측 결과, 나노선과 전극에서 나타난 스핀의 방향(부호)이 서로 같다는 사실이 확인됐는데, 이는 기존에 유력했던 ‘스핀 필터’ 가설과는 배치되며 ‘스핀 편극자’가설에 더 힘을 실어주는 결과다. 손대칭성 물질이 필터 역할을 한다면, 걸러진 스핀과 통과한 스핀의 부호가 서로 다르게 나타나야 하기 때문이다. 또 연구팀은 이 같은 현상을 이론계산으로도 확인했다. 박노정 교수팀은 손대칭성 물질을 통과하는 전자가 손대칭성 물질을 따라 돌아가며 궤도 각운동량을 가지게 되고, 이 궤도 각운동량에 따라 스핀 방향이 결정되는 과정을 밀도범함수이론 계산을 통해 밝혀냈다. 남궁선 교수는 “오랫동안 논쟁 대상이 되었던 손대칭성 물질 내 스핀의 거동을 명확히 시각화하여 증명해낸 연구”라며 “향후 손대칭성 물질을 기반으로 한 스핀트로닉스 소자와 양자 소자 설계에 단서가 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 기초연구실 사업 및 중견연구 사업의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난달 23일 출판됐다. Tags:DNA물리학과손대칭성스핀스핀트로닉스스핀편극자가설스핀필터가설용수철키랄성

2026년 01월 06일

[박형렬 교수]6G 테라헤르츠 시대 초고속 양자 터널링 소자 개발

박형렬 교수팀은 기존 양자 소자가 강한 전기장을 견디지 못하고 녹아버리던 문제를 해결한 새로운 테라헤르츠 양자 소자를 개발했다. ㅣ 디자인: 이보은 G 통신 등에 필수적인 초고속 작동 능력을 갖춘 양자 소자가 새롭게 개발됐다. UNIST 물리학과 박형렬 교수팀은 아주대 물리학과 이상운 교수팀과 함께 기존 양자 소자가 강한 전기장을 견디지 못하고 녹아버리던 문제를 해결한 새로운 테라헤르츠 양자 소자를 개발했다고 30일 밝혔다. 테라헤르츠 양자 소자는 기존 반도체의 느린 작동 속도로는 감당하기 어려웠던 6G 통신 등 초고속 신호 처리를 가능하게 할 차세대 소자로 꼽힌다. 1초에 수조(10¹²) 번 이나 진동하는 테라헤르츠파로 유도한 전자의 터널링을 이용하기 때문이다. 터널링은 전자가 에너지벽을 뚫고 지나가는 양자적 현상이다. 문제는 터널링을 일으키기 위해서 3V/nm(볼트/나노미터)라는 매우 강한 테라헤르츠파 전기장을 가해줘야 한다는 점이다. 강한 전기장은 발열을 유발해, 소자의 금속 전극이 녹거나 구조가 손상되는 한계로 이어졌다. [연구그림] 테라헤르츠 전기장에 의해 유도되는 양자 터널링 현상 연구팀은 기존의 1/4 수준의 약한 전기장에도 터널링이 잘 일어나는 테라헤르츠 양자 소자를 개발했다. 테라헤르츠 양자 소자는 금속 전극 사이에 절연체가 끼어있는 형태인데, 이 절연체를 기존의 산화알루미늄(Al₂O₃)에서 이산화티타늄(TiO₂)으로 바꾼 것이다. 이산화티타늄을 쓰면 에너지장벽의 높이가 낮아지는 원리를 이용한 기술이다. 제1저자인 지강선 연구원은 “강한 전기장으로 전자를 밀어내는 방식이 아닌, 전자가 더 쉽게 이동할 수 있는 길을 열어주는 접근법”이라며 “터널링은 확률적 현상이라 에너지 장벽 높이가 낮아지면, 확률이 급격하게 증가하게 된다”라고 설명했다. 연구팀은 최적화된 원자층증착 공정을 이용해 이 같은 구조의 고품질 소자를 제작해냈다. 원래 이산화티타늄 박막을 금속 전극 위에 입히게 되면, 원자 크기의 미세 구멍(산소 공극)이 만들어지는 불량이 잘 발생한다. 이상운 아주대학교 교수는 “반도체 로직·메모리 소자 양산 공정에서 쓰이는 최신 원자층증착 기술을 적용해 차세대 양자 소자의 산소 공극 결함을 잡아낼 수 있었다”고 말했다. 원자층층착은 원료 기체를 번갈아가며 주입해 기판에 원자 한층 씩 박막 쌓아나가는 기술이다. 개발된 소자는 약 0.75 V/nm의 전기장에서도 안정적인 터널링 구동을 보였다. 또 이산화티타늄의 뛰어난 열 배출 성능 덕분에 테라헤르츠파 투과율을 최대 60%까지 조절하는 조건에서도 1,000회 이상 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다. 박형렬 UNIST 교수는 “테라헤르츠 양자 소자의 상용화를 가로막던 가장 큰 걸림돌인 고전압 구동과 열 파괴 문제를 근본적으로 해결했다”며 “6G 시대를 넘어선 미래 광통신 소자, 고감도 양자 센싱 분야의 원천 기술이 될 것”이라고 강조했다. 이번 연구는 나노과학 분야의 세계적 권위지인 ACS Nano에 12월 20일(현지시간) 온라인 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 정보통신기획평가원(IITP) 등의 지원을 받아 이뤄졌다. Tags:나노갭소자 물리학과 양자소자 양자터널링 원자층증착 터널링 테라헤르츠파

2025년 12월 31일

[이석형 교수]양자계의 시·공간 상관관계를 통합한 이론 제시

이석형 교수는 중국 하이난대학교 제임스 풀우드 교수팀과 공동 연구를 통해, 다자 시간 양자상태를 정립하고 이를 물리학 권위 학술지인 피지컬리뷰레터스에 공개했다. ㅣ 디자인: 이보은 양자역학과 상대성이론은 현대 물리학의 두 축이지만, ‘공간’과 ‘시간’을 다루는 방식에서는 100여 년 넘게 어색한 불일치를 안고 있었다. 상대성이론이 처음부터 공간과 시간을 하나의 ‘시공간’으로 묶어 기술하는 반면, 기존 양자이론은 공간에 대해서는 양자상태(밀도행렬)로, 시간에 따른 변화는 양자채널(시간에 따른 진화)로 서로 다른 언어를 써 왔기 때문이다. 이러한 가운데 시공간 전역에 걸친 양자 상관관계를 통합적으로 다룰 수 있는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. UNIST는 물리학과 이석형 조교수 연구팀이 시간축 전체를 하나의 ‘양자상태’로 다루는 새로운 이론적 틀을 정립해 국제학술지 피지컬 리뷰 레터스에 게재했다고 밝혔다. 연구팀이 제안한 핵심 개념은 ‘시간 위의 다자 양자상태(multipartite quantum states over time)’다. 직관적으로 말해 여러 시점에 걸쳐 일어나는 양자 과정을 모두 하나의 거대한 양자상태로 묶어 표현하는 방식으로, 이를 통해 공간적으로 떨어진 계뿐 아니라 시간적으로 떨어진 계도 동일한 수학 구조 안에서 다룰 수 있게 된다. 연구진은 “초기 상태에 대해 선형(linear)일 것”과 “고전 확률론에서의 조건부 확률에 해당하는 양자적 조건화 가능성(quantum conditionability)을 만족할 것”이라는 두 가지 단순한 물리 가정을 출발점으로 삼아, 이 가정들을 모두 만족하는 시간 양자상태의 수학적 구조가 유일하게 결정됨을 증명했다. 이 결과를 통해, 그동안 서로 다른 형식으로 다뤄졌던 공간 상의 양자상태와 시간 상의 양자과정(채널)을 하나의 통합된 언어로 기술할 수 있는 기반이 마련됐다. 연구진은 특히, 새롭게 정립한 시간 양자상태가 ‘커크우드–디랙(Kirkwood–Dirac) 준확률 분포’와 표준적인 방식으로 일대일 대응을 이룬다는 사실을 밝혀냈다. 이를 바탕으로, 최근 주목받는 ‘퀀텀 스냅샷(quantum snapshotting)’과 같은 실험 기법을 이용해 시간에 따른 양자 상관관계를 실제 실험실에서 정밀하게 재구성할 수 있는 가능성도 제시했다. 이처럼 이론–수학–실험 가능성을 모두 아우르는 이번 성과는 양자이론 내부의 언어만으로 시공간을 일관되게 다루는 첫 정교한 틀이라는 점에서 큰 응용 가능성을 열었다. 이번 연구는 이석형 조교수가 제1저자로서, 중국 하이난대학교 수리통계학과의 제임스 풀우드(James Fullwood) 교수가 교신저자로 참여했다. 두 연구진의 협력으로 완성된 이 이론은 향후 양자정보과학과 양자계측, 나아가 양자중력과 같은 궁극적 통일이론 연구에도 새로운 도구를 제공할 것으로 기대된다. 연구 수행은 정보통신기획평가원 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구가 게재된 피지컬 리뷰 레터스는 물리학 분야의 최고 권위 저널 중 하나다. 네이처인덱스 분석에 따르면 1997년부터 2017년까지 노벨상 수상 성과의 1/4 이상에 이 저널에 실린 논문을 토대로 하고 있다. UNIST 물리학과는 올 한해만 6편의 연구 성과를 이 저널에 게재하는 성과 거뒀으며, 중앙일보 대학평가에서 자연과학 수학·물리 부문 최수우 대학에도 선정됐다. Tags:다자 시간 양자상태 물리학과 상대성이론 양자계측 양자상태 양자역학 양자정보과학 채널

2025년 07월 15일

[김범섭 박사,박노정 교수, Physical Review Letters 게재]Relativistic Spin-Lattice Interaction Compatible with Discrete Translation Symmetry in Solids

논문 개요 문제 인식 결정 내에서 연속적 회전 대칭성이 깨지면, 기존의 궤도 각운동량(orbital angular momentum, OAM) 연산자는 정의하기 어렵고, 수치적으로도 불안정합니다. 제안된 해법 이를 해결하기 위해, 저자들은 **Bloch 표현을 기반으로 한 전자 스핀-격자 상호작용(field)**을 도입하여, 위치 연산자 없이도(discrete translational symmetry 유지) 스핀과 직접 결합할 수 있는 새 이론 틀을 제시했습니다. 계산적 장점 이 접근법은 **정적 및 시간-의존 밀도범함수 이론(first‑principles DFT 및 rt‑TDDFT)**과 완벽히 호환되며, 기존 OAM 기반 방법보다 모델의 수치 안정성과 계산 효율성이 크게 향상됩니다. 응용 사례 연구에서는 이 스핀-격자 상호작용이 Edelstein 효과와 **스핀 홀 효과(spin Hall effect)**를 기존 공식보다 더욱 효과적으로 설명할 수 있음을 보여주었습니다. 원문링크 :https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.00652

2025년 07월 09일

[김규영 석박통합과정, 김제형 교수, Nature Communications 게재]Cavity-mediated collective emission from steady-state subradiance

논문개요 이 연구는 **두 개의 양자점(quantum dots)**을 광캐비티(cavity) 안에 배치해, 자연스럽게 잘 빛을 내지 않는 준방사성(subradiant) 상태를 안정적으로 유지하면서 강하게 상관된 광자 방출을 실현한 실험 결과를 제시합니다. 연구진은 **비코히런트 펌핑(incoherent pumping)**을 지속적으로 가해, 억제된 상태의 양자점들이 두 개의 광자를 연속적으로 동시에 방출하도록 유도했습니다. 그 결과, 광자 쌍의 강한 상관관계를 보여주는 photon bunching 현상이 고전적 한계를 훨씬 뛰어넘는 수준으로 관측되었습니다. 이 메커니즘은 단일 광자 방출을 억제하고 광자 쌍 방출을 제어할 수 있다는 점에서, 양자 메모리·양자 통신·정밀 측정 기술에 응용할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 원문링크 : https://doi.org/10.1038/s41467-025-61629-w

2025년 06월 26일

[Xiao Jiang 석박통합과정, 박노정 교수] Nonlinear Photocurrent as a Hallmark of Altermagnet

논문 개요 연구 배경 기존 자성체와 구분되는 새로운 형태인 **알터자성(altermagnet)**을 정확히 식별하기 위한 검출 방법이 필요합니다. 이 논문은 **비선형 광전류(nonlinear photocurrent)**가 그러한 판별을 위한 효과적인 촉매가 될 수 있음을 제안합니다. 핵심 발견 알터자성체에서는 **전하 및 스핀 광전류(charge and spin photocurrent)**가 서로 유사한 온도 의존성을 보이는 반면, 일반적인 **반강자성체(antiferromagnet)**에서는 이들이 크게 다르게 나타납니다. 모형 실험 및 계산 이론 연구와 함께 MnO 알터자성상태를 실재 소재 사례로 선택해, **1차 원리 계산(first-principles calculations)**과 4밴드 모델 분석을 수행했습니다. 이를 통해 **정상 주입 전류(normal injection current)**가 알터자성체의 자기 밴드 구조—특히 **인터밴드 베리 곡률(Berry curvature)**과 교대하는 스핀 스플리팅(alternating spin splitting)—를 정밀하게 반영함을 보여주었습니다. 의의 및 활용 가능성 이 연구는 비선형 광전류 측정이 알터자성체를 구별할 수 있는 실험적 수단이 될 수 있음을 입증했으며, 자성 전자 재료 연구 및 스핀트로닉스 응용에 새로운 탐색 도구로 활용될 수 있습니다. 원문링크 : https://doi.org/10.1021/acsnano.5c01421

2025년 06월 20일

[김계현 석박통합과정, 손창희 교수, Physical Review Letters 게재]Tunneling Magnetoresistance in Altermagnetic RuO₂-Based Magnetic Tunnel Junctions

논문 개요 연구 목적 및 배경 알터자성체(altermagnets)는 순자기적 자기화는 없지만, 모멘텀 공간에서 스핀 분열된 이방성 밴드를 가지며, 이는 스핀트로닉 응용에 유리한 성질입니다. RuO₂는 이 분야의 대표 후보로 제시되어 왔으나, 실제 알터자성 특성에 대한 직접적인 실험 증거는 부족했습니다 핵심 실험 내용 연구진은 RuO₂/TiO₂/CoFeB 구조의 MTJ(자기 터널 접합)를 제작하여, 니엘 벡터 방향에 따라 TMR(터널링 자기저항)이 변한다는 사실을 확인했습니다. 특히 니엘 벡터를 뒤집으면 TMR 신호의 부호도 반전되는 증거를 확보했습니다 주요 결과 측정된 TMR는 10 K 에서 약 5% 수준이며, 온도가 올라가면 감소하여 50 K 이상에서는 거의 사라짐을 확인했습니다 이러한 온도 의존성과 니엘 벡터 방향에 따른 반전 현상은 RuO₂의 스핀-스플릿 이방성 밴드 구조를 직접적으로 반영하는 것으로 해석됩니다 의의와 응용 가능성 이 결과는 RuO₂가 알터자성체로서의 정체성을 갖고 있다는 직접적인 실험적 증거를 제공하며, 스핀트로닉 소자—특히 비휘발성 메모리나 고속 로직 장치—에 응용될 수 있는 잠재력을 보여줍니다. 향후 실온 동작 수준까지 TMR 향상 연구가 요구됩니다 원문링크 : https://doi.org/10.1103/nrk5-5zrj

2025년 05월 17일

[이형택 박사과정, 박형렬 교수,NANOPHOTONICS 게재]Enhanced terahertz magneto-plasmonic effect enabled by epsilon-near-zero iron slot antennas

연구 개요 (Research Overview) 본 연구는 테라헤르츠(THz) 대역에서 자기광학(MO) 효과를 극대화하기 위한 새로운 구조로, 에피실론 제로점 근처(epsilon-near-zero, ENZ)의 특성을 가지는 철(Fe) 슬롯 안테나 구조를 제안하고 실험적으로 검증하였다. 연구진은 전자빔 리소그래피와 리프트오프 공정을 통해 다양한 슬롯 폭(20 μm ~ 300 nm)을 가지는 100 nm 두께의 철 필름 슬롯 안테나를 제작하고, THz 시간영역 분광법(THz-TDS)을 통해 패러데이 회전(Faraday rotation)을 정밀 측정하였다. 그 결과, 슬롯 폭이 1 μm일 때 Faraday 회전 각도가 가장 크게 증가(약 160% 향상)하며, 이후에는 슬롯 폭이 더 작아질수록 효과가 오히려 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 슬롯 주변의 유효 유전율이 gap plasmon 효과에 의해 증가하면서 MO 효과가 저해되는 것으로 해석된다. 특히 1 μm 슬롯에서 유효 유전율의 실수부가 0에 근접하는 ENZ 조건이 실현되며, 이때 MO 효과가 극대화되는 것을 확인하였다. 이론적 수치 시뮬레이션 결과도 실험과 정성적으로 일치하였다. 이 연구는 테라헤르츠 대역에서 MO 효과를 강화하기 위한 슬롯 안테나 설계 시, 유효 유전율 및 구조적 파라미터의 정밀한 제어가 필수적임을 보여주며, 향후 THz 광 아이솔레이터, 센서, 스핀트로닉스 기반 소자 설계에 중요한 설계 기준을 제공한다. 원문링크 : https://doi.org/10.1515/nanoph-2024-0665 Keywords: terahertz metasurface; terahertz magneto-optics; epsilon-near-zero; Faraday rotation; gap plasmon effect; effective dielectric constant

2025년 05월 01일

[김진균 박사, 임선우 석박통합과정, 정한나 석박통합과정, 김채운 교수, NATURE COMMUNICATIONS 게재] Fast product release requires active-site water dynamics in carbonic anhydrase

연구개요 (Research Overview) 물은 효소의 구조 안정성은 물론, 촉매 반응 속도 향상에 중요한 역할을 합니다. 하지만 효소 반응과 활성 부위의 물 분자 움직임 사이의 직접적인 연관성을 관측하는 것은 실험적으로 매우 어려운 과제로 남아 있었습니다. 이 논문에서는 자외선 광분해(UV photolysis) 기법과 온도 제어 X선 결정학을 결합하여, **탄산탈수효소 II (CAII)**의 촉매 작용 전 과정을 1.2Å 해상도로 실시간 추적하는 데 성공했습니다. 이 과정을 통해 연구진은 CO₂의 기질 결합 → 생성물(중탄산염) 전환 → 생성물 방출까지의 경로를 **분자 단위 '무비'**로 재구성할 수 있었습니다. 특히 예상치 못한 **생성물 결합 구성(configuration)**을 확인했고, 이를 활성 부위 내 물 분자의 서브-나노초 수준 재배열과 연결지어 해석했습니다. 결론적으로, 이 연구는 **CAII 효소가 활성 부위 물의 구조와 빠른 동역학을 진화적으로 활용함으로써 확산-제한적 수준의 반응 속도(diffusion-limited efficiency)**를 달성하고 있음을 보여줍니다. 이를 통해 효소 촉매의 속도 결정 요인을 물 분자 수준에서 규명하고, 생화학적 효소 설계의 새로운 방향성을 제시합니다. DOI 원문 링크 (DOI Link) https://doi.org/10.1038/s41467-025-59645-x

2025년 03월 28일

[Tlusty Tsvi 교수, Nature Physics 게재] Enzymes as viscoelastic catalytic machines

효소, 유연한 '촉매 기계'로서의 진화 이번 연구는 효소가 단순히 정적인 구조물이 아니라, 마치 기계처럼 움직이며 촉매 작용을 수행하는 **'점탄성 촉매 기계'**라는 점을 밝혀냈습니다. 연구진은 효소 기능의 핵심인 기계적 특성, 특히 유연성과 변형이 효소의 촉매 효율에 어떻게 영향을 미치는지 구체적으로 탐구했습니다. 주요 연구 내용 변형이 큰 영역(High-strain regions)의 중요성: 효소는 기질에 결합하고 생성물을 방출하는 과정에서 내부적으로 움직이고 형태를 바꿉니다. 이 과정에서 특히 큰 변형(strain)을 겪는 특정 영역들이 존재하는데, 이 영역들이 효소의 기계적 유연성에 결정적인 역할을 합니다. 돌연변이의 영향 분석: 연구진은 구아닐산 키나아제(guanylate kinase)라는 효소를 대상으로, 변형이 큰 영역에 돌연변이를 일으킨 그룹, 기질 결합 부위에 돌연변이를 일으킨 그룹, 그리고 변형이 적은 영역에 돌연변이를 일으킨 대조군 그룹으로 나누어 실험했습니다. 점탄성(Viscoelasticity) 측정: 나노 유변학(nano-rheology)이라는 첨단 기술을 활용하여, 효소에 주기적인 힘을 가했을 때 어떻게 늘어나고 줄어드는지 측정했습니다. 그 결과, 변형이 큰 영역에 돌연변이가 있는 효소는 다른 그룹에 비해 움직임이 둔해지고 뻣뻣해진다는 사실을 발견했습니다. 이는 이론적인 예측과 일치하는 결과입니다. 촉매 활성(Catalytic activity) 분석: 각 효소 돌연변이의 촉매 활성을 측정했습니다. 예상대로 기질 결합 부위의 돌연변이는 활성을 크게 감소시켰습니다. 놀라운 점은, 결합 부위와 멀리 떨어진 변형이 큰 영역에 돌연변이를 일으킨 효소 역시 촉매 활성이 현저하게 감소했다는 것입니다. 이론적 예측과 실험의 일치: 연구 결과, 결합 부위 돌연변이 외에 효소의 기계적 특성에 변화를 주는 원거리 돌연변이도 효소 기능에 영향을 미친다는 사실을 실험적으로 증명했습니다. 또한, 효소의 변형(strain) 정도를 계산하는 이론적 모델이 실제 효소 활성 변화와 높은 상관관계를 보인다는 것을 확인했습니다. 결 론 이 연구는 효소의 촉매 효율이 단지 국소적인 화학적 상호작용뿐만 아니라, 유전자에 내재된 **'기계적 설계'**에 의해 결정된다는 것을 보여줍니다. 즉, 효소는 진화를 통해 최적화된 유연성을 갖추었으며, 이 유연성이 효소의 역동적인 움직임을 가능하게 하고 궁극적으로 촉매 기능을 결정짓는다는 것입니다. 이 발견은 효소 공학 및 약물 설계 분야에 새로운 관점을 제시할 수 있을 것으로 기대됩니다. 원문링크 : https://doi.org/10.1038/s41567-025-02825-9

2025년 03월 01일

[성광언 박사, 곽규진 교수, 류동수 교수, ASTROPHYSICAL JOURNAL 게재] Neutrinos from Carbon-burning Red Supergiants and Their Detectability

연구개요 (Research Overview) 본 연구는 **적색 초거성(Red Supergiants)**의 탄소 연소 단계에서 생성되는 **중성미자(flavor-dependent neutrinos)**의 방출 특성과, 이를 지구 기반 중성미자 검출기로 실시간 관측할 수 있는 가능성을 분석한 이론 연구이다. 특히 SN1987A와 같은 초신성 폭발 이전 수일~수십일 전, 별 내부에서의 탄소 연소는 고에너지 중성미자를 방출하며, 이는 Hyper-Kamiokande, DUNE, JUNO와 같은 차세대 중성미자 검출기를 통해 선제적으로 감지될 수 있다. 이 논문은 다양한 질량의 별 모델을 바탕으로 중성미자 플럭스, 에너지 스펙트럼, 오실레이션 효과 등을 계산하고, 구체적인 검출 확률과 이벤트 수를 제시함으로써, 초신성 폭발 조기 경고 시스템으로서의 중성미자 천문학의 실현 가능성을 보여준다. DOI 원문 링크 (DOI Link) https://doi.org/10.3847/1538-4357/adb41f

2025년 02월 03일

[강백준, 최욱삼 석박통합과정, 손창희 교수, Nature Communications 게재]Optical detection of bond-dependent and frustrated spin in the two-dimensional cobalt-based honeycomb antiferromagnet Cu3Co2SbO6

논문 개요 연구 배경 2차원 코발트 기반 벌집형 반강자성체는 키택(Kitaev) 양자 스핀 액체 후보로 주목받고 있으며, **결합 방향에 따른 이방성(bond-dependent anisotropy)**과 paramagnetic 영역에서의 지속적인 스핀 플럭션이 주요 특성입니다. 제안 및 실험적 접근 연구진은 Cu₃Co₂SbO₆ 헤테로구조를 합성하고, 1차 원리 계산과 in-plane 이방 임계 자기장 분석을 통해 **강한 스핀 프러스트레이션(thwarted magnetism)**과 지배적인 키택 교환 상호작용을 예측했습니다. 광학 스펙트로스코피 결과 4 eV 근방에서의 다소 강한 엑시톤(exiton)이 발견, 이 엑시톤은 프러스트된 스핀 상태와 상호작용합니다. 광편광 방향(bond‑parallel vs bond‑perpendicular)에 따라 스핀‑엑시톤 결합 반응이 달라지는 이방성이 정확히 나타납니다. **네엘 온도(Tₙ ≈ 16 K)**뿐 아니라, Tₕ ≈ 40 K에서도 스펙트럼 지표(ellipsometry parameters), 스펙트럼 강도(spectral weight), 엑시톤 피크 위치 등에 **뚜렷한 이상(anomaly)**이 관측되어, **Tₙ보다 훨씬 높은 온도에서 단거리 스핀 상관관계(short‑range spin correlations)**가 활성 상태임을 보여줍니다. 스핀 플럭션의 강인성 Tₕ는 강한 외부 자기장에도 거의 변하지 않는 안정성을 보여, 스핀 플럭션 영역의 강인한 특성을 강조합니다 원문링크 : https://doi.org/10.1038/s41467-025-56652-w

2025년 01월 24일

[Tlusty Tsvi 교수, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 게재]Life sets off a cascade of machines

연구 개요 (Research Overview) 본 논문은 생명을 '기계를 만드는 기계(cascade of machines)'의 무한한 연쇄로 바라보는 독특한 관점을 제시한 이론적 연구이다. 저자들은 라이프니츠(Gottfried Leibniz)의 철학에서 영감을 받아, 생명 현상이 미세 규모에서부터 거시적 규모에 이르는 연속적인 기계적 구조를 통해 구성된다고 제안했다. 논문에서 생명의 구조는 두 가지 캐스케이드(연쇄)로 나뉜다. 첫 번째는 세포에서부터 원자 수준으로 내려가는 마이크로 캐스케이드로, 세포를 구성하는 막, 단백질, RNA, DNA 등 하위 분자 기계들의 조립 과정을 다룬다. 두 번째는 세포에서 시작하여 조직, 기관, 개체, 집단, 생태계, 나아가 지구 전체 생물권으로 확장되는 매크로 캐스케이드로, 다양한 규모의 생명체들이 이루는 조직적 기계의 구축을 다룬다. 연구자들은 생명의 핵심적인 스케일이 1 마이크로미터와 1000초라는 시간적, 공간적 임계점에 있음을 밝히고, 이 임계점이 세균과 같은 가장 기본적인 자기 복제 기계인 세포의 규모라고 강조한다. 또한, 이러한 캐스케이드는 생명이 태초의 지구 바다에서 최초로 자기 복제 기계를 형성한 순간부터 점차 진화하여 왔으며, 기계들이 자기 복제와 생존이라는 목적을 위해 스스로 조직화된 구조를 이루었다고 설명한다. 논문은 이론적 프레임워크를 통해 생명의 복잡성과 다양성을 설명할 수 있는 통합된 관점을 제공하며, 이를 통해 생명 현상을 이해할 수 있는 새로운 수학적, 물리적 언어가 필요하다고 제안한다. 원문링크 : https://doi.org/10.1073/pnas.2418000122