연구성과

기계‧화공 노준석 교수, ‘빛의 연금술’ 총설 논문 잇단 발표

2020-09-08 168

[새로운 광학 ‘위상광학’ 연구‧카이랄분자 광특성 이해 논문으로 주목]


‘빛’은 우리 눈에 들어와 사물을 볼 수 있도록 해주는 존재다. 다양한 학문이 빛에 관한 연구를 진행하고 있으며, 최근에는 빛의 성질을 응용해 지금까지 우리가 생각하지 못했던 기술들이 개발되고 있다. 그중에서도 빛의 모든 성질을 무시하는 ‘투명망토’ 물질로도 불리는 인공소재 메타물질 연구가 대표적이다. 이 메타물질 연구로 학계에서 각광을 받고 있는 기계공학과‧화학공학과 노준석 교수팀이 이번에는 빛을 이용한 ‘연금술’ 기술들을 망라한 총설 논문을 잇달아 발표했다.

이들 논문은 모두 광학 분야의 세계적 권위지인 ‘빛:과학과 응용(Light:Science and Applications)’지 최신호를 통해 게재됐다.

노 교수와 박사과정 김민경 씨가 발표한 첫 번째 논문은 무손실 혹은 저손실 광통신에 관련된 위상 광학에 관련된 논문이다. 수학 분야에서 출발한 위상학은 최근 물리학에 접목하며 다양한 성과를 만들어내고 있다. 여기에 빛의 성질을 무시하는 메타물질이 등장하면서, 아예 새로운 위상광학이라는 분야가 등장한 것이다. 연구팀은 최근 발표된 다양한 위상광학 연구 결과를 정리하면서 위상물질과 빛의 상호관계, 위상광학의 실질적 응용을 위한 연구를 소개한다. 특히 빛의 파장 크기와 비슷한 크기의 파장인 경우 빛이 표면상태에 따라 민감하게 반응하기 때문에 제어하기 어려웠지만, 위상광학으로 접근할 경우 빛을 표면 상태와 관계없이 원하는 방향으로만 흐르게 해 무손실 광통신의 가능성을 입증한 연구가 학계의 관심을 모았다.

두 번째 논문은 노준석 교수와 박사과정 문정호, 김민경, 양영환, 트레본 베드로(Trevon Badloe)씨가 참여한 논문으로 제약 분야에서 주목받는 카이랄 분자에 관한 논문이다. 카이랄리티(Chirality)는 손대칭성으로도 불리는데, 거울에서 왼손을 볼 때 오른손으로 보이지만 실제로는 그렇지 않은 것처럼, 어떤 물체와 그 물체의 거울 이미지가 동일하지 않은 특성을 의미한다. 여기서 거울에 비친 이미지를 거울상이성질체로 부른다. 카이랄분자들은 거울상이성질체와 다른 화학반응을 일으키기 때문에 분자들의 방향을 특정하는 것은 의약 분야나 합성화학에서 중요한 과제다. 그래서 이 방향을 특정하기 위해서 빛과 물질의 상호작용을 증폭시켜 그 방향성을 확인하고자 하는 연구가 활발하게 이어지고 있다. 하지만, 아직까지 카이랄 분자의 광특성에 대한 해석이 불완전하다는 점을 감안, 연구팀은 카이랄리티와 빛의 상호작용에 대한 이해를 돕기 위한 논문을 발표했다.

노준석 교수팀은 지난 2018년에도 세계적 학술지 네이처를 통해 카이랄리티 연구 논문을 발표했었다. 이번에 발표된 두 논문 모두 기존 연구에서는 불가능했던 것으로 여겨졌던 분야와 아직 학계 전체로 이해가 낮은 분야의 이해를 돕기 위한 것으로, 이들 논문의 게재는 연구팀이 차세대 광학 분야 연구에서 전 세계 학계에서 높은 평가를 받고 있음을 의미한다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, RLRC선도연구센터, 미래소재디스커버리사업, 교육부의 글로벌박사펠로우십, 현대자동차 정몽구 장학재단의 지원으로 수행됐다.