세종대학교 물리학과
그래핀연구소 나노전자구조연구실
 
그래핀은 2004년 발견된 이래 물리·화학·재료 분야에서 가장 주목받고 있는 물질 중 하나이며, 2010년 노벨물리학상 수상으로 중요성을 인정받았다. 세종대학교 그래핀연구소는 그래핀 분야에서 국내 최초로 집단연구사업에 선정되었다는 자부심을 가지고 그래핀 초고속 나노소자 개발과 고급 연구인력 양성을 목표로 나아가고 있다.
현재 세종대학교 자연과학대학학장과 나노소재기술개발사업 총괄책임자 등의 여러 직책을 맡고 계신 분주한 상황임에도 불구하고, 그래핀연구소 소장 홍석륜 교수님께서 인터뷰에 응해주셔 자세한 이야기를 들어봤다. 황민영 기자 hmy7240@naver.com

그래핀 분야에서 ‘국내 최초로 집단 연구사업에 선정’ 된 것으로 알고 있습니다. 교수님이 생각하시기에 이렇게 선정되기까지 세종대학교 그래핀연구소만이 지닌 강점이 무엇인지 궁금합니다.
2010년, 그래핀연구소에 선정된 이유는 그 당시 주목받는 소자재료인 ‘그래핀’에 초점을 맞춰서 연구주제를 잘 정했기 때문이라고 생각합니다. 그래핀을 집중적으로 부각시켜 한 주제에 대해 세종대학교의 여러 교수들이 공동으로 연구한다는 점이 큰 경쟁력으로 작용한 것 같습니다. 연구할 때 필요한 분야들, 예를들어 합성, 공정, 소자에 이르기까지 적재적소에 교수들이 포진해 있었고 이론과 실험이 같이 결합된 연구로서 제안이 됐었기 때문에 선정되는데 도움이 되었다고 생각합니다.
그 당시 중점연구소사업에 지원하기 전에 교내 특성화 사업에 선정되어서 학교로부터 연구비와 공간 등을 지원받았습니다. 규모가 크지 않은 학교에서 이렇게 특성화 사업으로부터 지원을 받는다는 점도 강점이 있었고 스카치테입을 이용하여 그래파이트로부터 그래핀을 얻어내는 기본적인 연구를 하는 등 작은 실험실 규모에서도 시작이 가능하다는 장점도 있었습니다. 그 후 중점연구소사업이 선정된 후에 연구력을 보강하기 위해 물리학과 전임교수들을 학교에서 추가로 채용해주기도 했습니다.
종합해보면 명확하게 연구분야를 정했고, 각 분야에 역량있는 교수들의 공동참여와 학교의 지원 등이 있었기에 중점연구소사업에 선정되는 등 연구가 활성화되는 계기가 되었다고 생각합니다.
 
연구실에 대해서 여쭤보겠습니다. 나노전자구조연구실에서 중점적으로 진행 중인 연구 혹은 역할에 대해 설명 부탁드립니다.
그래핀연구소의 여러 교수들 중 저는 이론을 연구하며 담당합니다. 하여 우리 연구실은 그래핀을 포함하여 물질의 물성에 대해 이론적으로 컴퓨터를 이용하여 시뮬레이션을 통한 연구를 하는 그룹이라고 소개할 수 있습니다.
그래핀을 포함하여 탄소기반물질이라 해서 그래핀, 탄소나노튜브 등 탄소로 이루어진 물질들을 연구하고 있습니다. 이전부터 탄소를 비롯한 4족원소들을 꾸준히 연구해 오면서 표면연구에 초점을 맞췄고 그 이후는 탄소기반물질에 초점을 맞춰서 탄소나노튜브를 주로 연구했습니다. 그래핀이 합성된 이후에는 그래핀에 초점을 맞춰 연구하기 시작하여 지금은 연구실 연구력의 2/3 이상을 그래핀의 성장메커니즘, 그래핀의 전자 및 원자구조, 물성의 연구, 수송현상 등에 투입하고 있으며 실험그룹과도 같이 공동연구하고 있습니다. 그래핀에 관한, 전반적인 연구를 한다고 보면 됩니다. 탄소나노튜브, 표면물리쪽에 관련된 연구들, 실리콘표면 같은 것들을 전에 진행해오던 것과 같이 연속선상에서 연구하는 과제들도 있습니다.
 
몇 달 전부터 진행중인 또다른 한국연구재단 지원 사업에 대해서도 소개 부탁드립니다.
2012년 9월에 새로 선정된 나노·소재 원천기술 개발사업은 세계의 유수한 석학들과 공동으로 진행하는 사업입니다. 이 나노소재기술개발사업의 총괄책임자(단장)로서 그래핀의 성장·결함제어 및 혁신소자 개발을 주 연구내용으로 연구하고 있습니다. 기존의 그래핀 연구소의 연구 주제와 관련이 많지만 좀 더 혁신전자소자 개발이라는 응용 쪽에 초점을 맞춰 진행하고 있습니다. 꿈의 신소재라 불리는 그래핀이 기존의 실리콘소자를 보완 또는 대체할 수 있는지에 대한 가능성을 연구하는 중요한 사업이라고 보면 되겠습니다. 이 사업이 성공적으로 진행된다면 국가적으로는 그래핀 전자소자 분야의 핵심기술 확보로 차세대 소자에 대한 원천기술을 보유할 수 있습니다.
 
요즘 대학과 기업의 연계가 빈번합니다. 그러한 방향으로 나아가는 것이 바람직하다고 생각하는지요.
현재 다양한 회사에서 연락이 와서 회의도 하고 조언도 해주는 기초적인 단계입니다. 지속적으로 연결되는 곳도 있고 일회성 방문으로 끝나는 경우도 있었습니다. 기업과 연관성을 많이 지어서 학과 차원이나 연구소 차원에서 연구를 하는 것이 중요하다고 생각합니다. 이러한 연결고리들로 학부생도 연구에 참여할 수 있게 될 것이고 또 이후 취업을 원한다면 더 다양한 취업방향을 모색할 수도 있고 석·박사학위과정 학생들은 전문적인 연구에도 참여할 수 있기에 당연히 바람직하다고 생각합니다.

연구소(실) 운영의 노하우나 고충에 대해 본지 독자들과 공유하고 싶으신 내용이 있다면 한 말씀 부탁드립니다.
최근에는 그래핀 연구를 위해 우리대학 대학원에 진학하는 학생들이 예년에 비해 많이 생기고, 그 분야 외에도 다른 분야에서 참 잘하는 학생들이 진학하는 사례가 늘었습니다. 그것이 곧 학교에 기여하는 것이고 학생들의 입장에서도 연구소나 연구실에서 많이 배워 취업과 진학에 보탬이 될 것이라고 생각하면 굉장히 보람되고 뿌듯합니다. 그러나 아무래도 연구를 하다보면 과제를 수행해야 하기에 뜻하는 대로 연구가 잘 안될 때도 있죠. 그럴 땐 연구책임자로서 신경이 많이 쓰이곤 합니다. 과제를 발표한다거나 보고서를 쓸 때 어느 정도 목표치가 정해지는데 여럿이 같이 하는 연구이다 보니 각자 연구의 속도를 고려해야하고 또 연구라는 것이 한번에 큰 성과가 나와서 단기간에 모든 것이 가능해지는 것이 아니기 때문에 연구책임자로서 고충이 항상 따르지만 참고 기다려줄 수 있어야 한다고 생각합니다. 제 스스로도 그렇게 받아들이는 편이고요. 교수님들과 학생들이 다 알고 열심히 해주고 있기에 이런 문제는 금방 해소가 되기도 합니다. 어려운 점이 있을 때면 같이 협력하고 노력해야죠.

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홍석륜 세종대학교 물리학과 교수
- 2012~현재  세종대학교 자연과학대학 학장
- 2012~현재  세종대학교 나노소재기술개발사업 총괄책임자(단장)
- 2010~현재  세종대학교 그래핀연구소 소장
- 1995.08  펜실베니아대학교(UPENN) 물리학과 박사
- 1990.02  서울대학교 물리학과 석사
- 1988.02  서울대학교 물리학과 학사
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세종대학교 그래핀연구소

세종대학교 그래핀연구소는 2010년 세종대 특성화 사업의 일환으로 시작됐다. 교육과학기술부 한국연구재단이 지원하는 대학중점연구소사업에 선정되면서 그래핀 연구에 박차를 가하고 있다.
그래핀 분야는 물리·화학·나노공학 지식이 융합돼야 하는 첨단 연구분야인데, 세종대학교 그래핀연구소는 이에 맞춰 융합 전문 연구인력 배출과 그래핀 나노복합구조와 전자소자개발에 중점을 두고 프로젝트를 진행하고 있다. 2010년 한국연구재단 중점연구소 사업에 선정됨으로써 9년 동안 연간 5억 원의 연구비 지원과 추가적으로 10억 원의 지원도 약속받았다.
세종대 자체적으로도 그래핀 분야에서 세계적인 연구성과를 내겠다는 계획을 세우고 이에 대한 전폭적인 지원에 나서고 있다. 이에 힘입어 초창기 7명의 교수와 6명의 전임연구원으로 출발했던 그래핀 연구소는 현재 전임교수 11명, 전임연구원·연구교수 9명, 석·박사 대학원생 30여 명 등 총 50여 명의 연구원이 참여하는 프로젝트로 자리잡았다.
이 같은 지원을 바탕으로 ▷그래핀 성장과 물성에 관한 기초연구 ▷MBE·CVD 방법을 이용한 그래핀 성장기술 개발 ▷그래핀 성장을 위한 화학적 합성 실험 ▷초고속소자 기술연구 ▷그래핀 수송특성 연구 ▷그래핀의 물리적 특성 측정 연구 ▷그래핀을 활용한 반도체소자 개발 연구 등 7개 세부주제를 연구하고 있다.

세부과제 연구주제
1. 그래핀 성장 및 합성
• MBE를 이용한 에피성장
• ICP-CVD을 이용한 대면적 성장
• 나노막의 화학적 합성
• 성장 메커니즘 전산모사
• 이종접합 성장
• 그래핀 복합체 합성
• 그래핀 소자구현에 최적화된
    성장연구

2. 그래핀 공정 및 분석
• 그래핀 전사기술 확립
• 나노와이어패터닝
• 고주파 수송특성 측정
• 나노구조를 이용한 밴드갭 조절
• 스핀 수송특성 연구
• 이종접합 계면특성 연구
• 그래핀 소자 집적화 공정 개발

3. 그래핀 응용 및 소자
• 그래핀 소자용 유전막 연구
• 선택적 가스분자 흡탈착
• RF 회로용 단위소자
• 대량 생산된 나노막 응용
• THz 급 그래핀 소자 연구
• 차세대 센서 연구

그래핀연구소 최종목표 및 세부과제 연구내용

연구실에 있는 자체 계산용 컴퓨터의 네트워크 상태 점검중인 모습

라만 실험 장치를 이용한 그래핀의 라만 스펙트럼을 분석하는 모습