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염동일 교수팀, 꿈의 신소재 ‘그래핀’의 새로운 광특성 규명

아주대 염동일 교수팀이 차세대 광 정보 처리 기술의 핵심 소재로 주목받고 있는 그래핀에서 매우 강력한 비선형 광학 특성을 발견하고, 이를 전기적으로 정밀하게 제어할 수 있음을 입증해 냈다. 이번 연구 결과는 ‘빛’으로 데이터를 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는 기반 기술로써, 향후 AI 데이터센터와 미래 광 컴퓨팅 기술 등의 성능 혁신에 활용될 것으로 기대된다. 물리학과 염동일 교수 연구팀은 그래핀 내에서 기존에 보고된 수준을 뛰어넘는 매우 강한 비선형 광 현상을 관측하고, 이를 전기적 도핑을 통해 자유롭게 조절할 수 있음을 확인했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘준축퇴 사광파 혼합을 통한 디랙 페르미온의 비선형 위상 결맞음 소실 동역학 제어(Manipulating Nonlinear Dephasing Dynamics of Dirac Fermions in Nearly Degenerate Four-Wave Mixing)’라는 제목으로 광학 및 포토닉스 분야의 저명 국제 학술지 <PhotoniX>에 6월 온라인 게재됐다. 한국표준과학연구원과 DGIST 연구진이 함께 참여했다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열된 2차원 신소재로, 뛰어난 전기적·광학적 특성 덕분에 광소자와 차세대 반도체 등의 분야에서 활발히 연구되고 있다. 그래핀 내부 전자의 이동속도는 기존에 널리 활용되고 있는 구리보다 100배 이상 빨라 초고속 소자 구현에 유리하다. 그래핀은 또한 얇고 투명하면서도 기계적 강도가 매우 우수하다. 그러나 그래핀의 실제 산업 적용을 위해서는 여전히 여러 기술적 한계를 해소해야 하는 상황이다. 특히 단 원자층 두께를 가지는 그래핀에서 빛의 선형 흡수가 2.3%에 지나지 않아, 광소자로의 응용에 어려움이 있다. 흡수율이 낮으면 빛의 세기 변조나 검출에 한계가 있기 때문이다. 이에 아주대 연구진은 그래핀의 비선형 광 특성인 ‘사광파 혼합 현상(Four-Wave Mixing, FWM)’에 주목했다. ‘비선형 광 특성’이란 빛이 매질에 입사할 때 매질에서 유도되는 편극(Polarization)의 크기가 빛의 전기장 세기에 선형적으로 비례하지 않고 제곱이나 세제곱 등 고차항에 비례하여 발생하는 현상을 말한다. 특히 준축퇴(Nearly Degenerate, ND) 조건에서 그래핀 고유의 밴드구조로 인해 매우 강한 비선형 광특성이 발현될 것으로 예상되나 지금까지 이와 관련된 연구는 보고된 바가 없었다. 연구진은 그래핀 내에서 발생하는 ‘준축퇴 사광파 혼합(Nearly Degenerate Four-Wave Mixing, NDFWM)’ 현상에 주목, 기존에 보고된 수준을 뛰어넘는 매우 강한 비선형 광 응답 특성을 확인했다. 분석 결과, 그래핀의 3차 비선형 감수율은 광통신에 사용되는 C-밴드 파장 영역에서 10-13 m2 V-2수준에 도달하는 것으로 밝혀졌다. 이는 기존 고성능 비선형 광소재와 비교해 1000배 이상 높은 값으로, 매우 적은 에너지만으로도 강력한 비선형 광신호 변환 기능을 수행할 수 있음을 의미한다. 나아가 연구진은 전기적 도핑을 통해 단원자층 그래핀에서 비선형 광신호의 켜짐과 꺼짐을 나타내는 온·오프 대비(On-Off Contrast)가 최대 23dB(99.5%)에 달한다는 것을 확인했다. 이러한 특성은 빛을 능동적으로 제어하는 기술이 필수적인 광통신 및 광센싱 분야뿐 아니라, AI 데이터 센터에서 전기 신호 대신 광신호로 정보를 전달하고 연산을 수행할 수 있는 기반 기술의 혁신을 가져올 수 있다. 이번 연구의 또 다른 중요한 성과는 준축퇴 사광파 혼합 현상을 통해 그래핀 내부 전자의 초고속 동역학 특성을 새롭게 관측했다는 점이다. 연구진은 낮은 광세기 조건에서 비선형 광응답이 특정 전기적 상태에서 공명(resonance) 특성을 나타낸다는 사실을 발견했다. 이는 빛에 의해 여기된 전자들이 얼마나 오랫동안 양자적 상태를 유지하는지를 의미하는 ‘결맞음 시간(decoherence time)’과 밀접한 관련이 있다. 연구진은 양자 마스터 방정식 기반의 이론 분석을 통해 이러한 현상이 그래핀 내 디랙(Dirac) 전자의 결맞음 특성에서 비롯된다는 사실을 밝혀냈다. 또한 광여기된 전자의 결맞음 시간이 최대 70펨토초(fs, 1조분의1초의 1000분의1)에 이른다는 것을 확인했다. 이는 일반적으로 매우 강한 레이저가 필요한 고조파 생성(high-harmonic generation) 방식으로는 측정하기 어려운 영역으로, 그래핀의 초고속 양자 동역학을 연구할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것으로 평가된다. 이번 연구는 그래핀의 비선형 광학 현상을 이용해 초고속 전자 움직임을 정밀하게 관측할 수 있는 새로운 플랫폼을 제공함과 동시에 ▲미래 광통신 네트워크 ▲광 기반 인공지능(AI) 연산 ▲초고속 정보 처리 기술 개발 등에 중요한 기반이 될 것으로 기대된다. 염동일 교수는 “이번 연구를 통해 그래핀의 비선형 광응답이 효율적인 광신호 변환뿐 아니라 전자의 초고속 양자 동역학을 탐구하는 강력한 도구가 될 수 있음을 확인했다”라며 “향후 초저전력 광소자와 초고속 광정보 처리 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”라고 전했다. 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실 후속사업, 중견연구자 지원사업 및 정보통신기획평가원 양자암호통신 전송기술 고도화 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. * 위 이미지 설명 - 그래핀 전기 소자에서 발생하는 사광파 혼합 반응 모식도

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국문과 장두영 교수, 평론집 <공감의 서사학> 출간

아주대학교 국어국문학과 장두영 교수가 신간 <공감의 서사학>을 펴냈다. 이 책은 70명의 소설가들이 발표한 단편소설을 읽어낸 평론집이다. 장두영 교수의 신간 <공감의 서사학(도화, 2026)>은 유금호의 <시간에 관한 임상연구 사례 하나>, 김인배의 <핑계>, 윤원일의 〈영도 가는 길>, 김성달의 <낙타의 시간〉, 류서재의 <한없이 부풀어 오르는 말들에 관하여〉 등 70편의 단편소설을 통해 오늘날 한국 소설이 보여주는 여러 삶의 풍경과 인간 존재에 대해 탐색한다. 작가는 이 책에서 각 작품 안에 담긴 시련과 고통, 사랑, 소외 그리고 연대의 풍경을 짚어낸다. 더불어 우리 시대의 문학이 천착해 온 ▲불안과 고독 ▲가족과 공동체의 해체 ▲사회적 상처와 인간성 회복 등의 문제를 다룬다. 이를 통해 작가는 서로의 삶을 이해하고 공유할 수 있는 '공감의 장'으로 소설을 바라보며, ‘서사’의 가치를 새롭게 묻는다. 국어국문학과 장두영 교수는 지난 2009년 <문학사상> 신인상 평론 부문에 당선되어 등단한 평론가다. 저서로 <경계의 텍스트들>, <짧고 깊은 눈부심>, <누군가의 사연>, <애도의 시간>, <염상섭 소설의 내적 형식과 탈식민성>, <소통의 상상력> 등이 있다. 장두영 교수는 지난 2020년 1학기부터 아주대에 임용되어 ▲한국 현대소설 ▲한국 현대비평 ▲문학평론 ▲문예창작 ▲소설 교육 ▲독서 교육 ▲아동문학 ▲서사학 분야를 연구하고 가르치고 있다.

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경기도 'G-BRIDGE 사업' 선정, 기술사업화 경쟁력 강화 나서

아주대학교가 경기도 ‘G-대학 창의적자산 실용화 지원(G-BRIDGE)’ 참여 대학으로 선정되어 대학의 노하우와 특허 등을 기반으로 기업과의 실질적 협력에 나선다. 경기도 ‘G-대학 창의적자산 실용화 지원(G-BRIDGE)’ 프로젝트는 <경기도 지역성장 인재양성체계(앵커)>의 핵심 사업 중 하나로, 대학이 기업과 협력해 실질적인 기술이전·사업화 성과를 창출하기 위해 진행된다. 대학이 보유한 창의 자산(특허 및 노하우 등)을 기반으로 기술적 애로를 비롯한 기업의 수요를 해결해 기술이전 및 사업화 성과를 창출하고, 이렇게 만들어진 사업화 성과를 연구 개발에 재투자하는 등 선순환의 기술사업화 체계를 구축하겠다는 목표다. 아주대학교는 ‘대학 기술사업화로 경기도 미래성장산업을 선도하는 GIANT(Gyeonggi-G7 Innovation Ajou-Aliance Nexsus Tech-Transfer) 대학’을 비전으로 이번 사업을 추진한다. 아주대는 경기도의 전략 산업 분야인 ‘G7’을 기반으로 ▲바이오 ▲반도체 ▲AI·빅데이터 ▲신재생에너지 ▲첨단 모빌리티 ▲디지털 전환의 6개 특화 분야를 전략 산업 분야로 선정, 유망 기술 발굴부터 기술고도화, 기술이전·사업화, 창업·투자 연계까지 이어지는 전주기 기술사업화 프로세스를 가동한다. 학교는 이를 위해 전담 매니저를 중심으로 전략 산업 분야와 매칭되는 유망 기술을 발굴하고, 경기도 내 기업들과의 협력 네트워크를 강화해 기업의 진성 기술 수요를 도출할 계획이다. 또한 기업 참여형 오픈랩을 운영해 기업의 기술애로 해결 및 고도화를 연계, 중대형 기술이전 성과를 창출하겠다는 포부다. 아울러 지역 산·학·연 협력체계를 기반으로 융복합 연구와 기술 고도화를 지원해 지역 산업의 경쟁력 강화도 도모한다. 아주대 손정훈 교무부총장 겸 앵커사업단장은 “그동안 아주대가 축적해 온 기술사업화 역량과 산학협력 네트워크를 결집해, 대학 연구실의 우수 기술이 실질적인 기업의 성장과 지역 산업 발전으로 이어지는 성공 사례를 꾸준히 창출해 나갈 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 전했다. 우리 학교는 대학 연구실의 성과가 기업과 사회의 발전에 실질적으로 기여할 수 있도록 기술이전을 비롯한 기술사업화의 활성화를 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 이러한 노력을 바탕으로 최근 3년간 기술이전 147건, 누적 기술료 수입 75억9000만원, 중대형 기술이전 42건을 달성했다. 이는 전국 대학 10위권에 해당하는 우수한 성적이며, 특히 건당 기술료(5200만원)는 전국 7위 수준의 성과다. 높은 건당 기술료는 대학 기술의 사업성과 시장성을 기업으로부터 인정받은 결과로, 기술이전의 질적 경쟁력까지 확보하고 있음을 보여준다. * <경기도 지역성장 인재양성체계(앵커, Anchor)>는 기존의 <지역혁신중심 대학지원체계(RISE)>를 개편한 사업으로, 지자체가 주도해 대학을 지원하고 지역의 일자리 전략과 연계해 글로벌 혁신 인재를 키워내기 위한 ‘지산학연 동반성장’ 재정지원 사업이다. 아주대는 이 사업에 선정되어 5년 동안 매년 40억원씩 총 200억원의 사업비 지원을 받는다.