4월 과학기술인상, 서울대 오준학 교수 선정

- 키랄성 유기 광전자 소재 제조 및 첨단 광전자 소자 응용

- 차세대 광학 감지기(센서) 및 광통신 기술 상용화 기반 마련

수상자 오준학 교수

과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 홍원화, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 서울대학교 화학생물공학부 오준학 교수를 선정했다고 4월 2일 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다. 

과기정통부와 연구재단은 오준학 교수가 세계적으로 태동기에 있는 키랄 유기 광전자 소재 및 소자 개발을 통해 차세대 광학 감지기(센서) 및 광통신 기술의 실용화 가능성을 앞당긴 공로를 높이 평가했다고 밝혔다. 

나선형 고분자 초분자체(왼쪽)와 광 스핀 소자 응용 모식도(오른쪽). (자료제공: 과기정통부)

키랄성은 오른손과 왼손처럼 같은 모양을 가지지만 서로 겹쳐지지 않는 비대칭성을 의미한다. 키랄성을 가진 물질 중에서 빛과 전자의 성질을 조절할 수 있는 물질을 키랄성 광전자 소재라 하며, 이러한 소재는 특정한 방향으로 회전하는 빛(원편광)을 감지하거나 방출할 수 있어 정밀한 빛 제어가 가능하다. 

기존의 원편광 제어 기술은 편광판과 위상지연판 같은 별도의 장치가 필요하여 소자의 소형화 및 집적화가 어려웠으나, 키랄 광전자 기술은 3차원 디스플레이, 가상 현실, 초정밀 감지기(센서), 생체 시각화(바이오 이미징), 양자 계산 등 다양한 첨단 분야에서 활용 가능성이 발견되어 관련 연구가 활발해지는 상황이다. 다만 현재까지 보고된 키랄성 소재는 원편광 감지력이 낮고 복잡한 제작공정으로 비용이 높은 단점이 있었다.

오준학 교수는 이러한 한계를 극복하기 위해 초분자(두 개 이상의 분자들이 약한 힘(비공유결합)으로 모여 더 큰 구조와 복잡한 성질을 가지는 물질) 키랄성 개념을 최초로 유기 광전자 소자에 도입하였다. 오 교수는 간단한 용액 공정으로 키랄성 물질(도펀트, 반도체와 같은 소재의 성질을 바꾸기 위해 첨가하는 물질)을 고분자 반도체에 추가하고, 이를 이용해 나선형 구조의 초분자체를 형성하는 혁신적인 방법을 개발하였다. 

오준학 교수는 나선형 고분자 초분자체를 이용해 빛의 입사각과 관계없이 원편광(원편광: 전자기장이 원형으로 회전하며 진동하며 진행하는 빛으로, 파장과 밝기뿐만 아니라 회전 정보를 지님) 뿐만 아니라 타원편광(빛이 진행하면서 원이 아닌 타원 형태로 전자기장이 회전하는 빛)도 정밀하게 감지할 수 있는 세계 최고 수준의 감지기(센서)를 개발했다. 나아가 이 감지기(센서)를 활용해 차세대 광통신 체계(시스템)의 초기 모형과 실시간 원편광 감지 및 시각화 체계(이미징 시스템)도 구현했다. 

과기정통부와 연구재단의 중견연구사업과 기초연구실 지원사업, 삼성전자 미래기술육성재단 등을 통해 추진된 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’지에 2023년 5월 게재됐다. 

오준학 교수는 “이번 연구는 기초과학과 응용기술이 융합된 성격이 강하여 학제 및 연구팀 간 협업이 핵심요소였다”며 “학문적 발전뿐만 아니라 산업적 응용을 통해 실제 기술로 연결될 때 연구의 가치와 의미가 더욱 커진다는 것을 느꼈다”라고 밝혔다.

<자세한 내용은 5월 1일 발행하는 세라믹코리아 2025년 5월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF 전체를 열람하실 수 있습니다.>