기술동향
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항균 항생물부착 생체모방 다이아몬드 박막 개발

중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 선진통합기술연구소 기능성박막재료연구센터 탕융빙(唐永炳) 연구팀과 생물의약기술연구소 인체조직·기관퇴행성연구센터 자오잉(趙穎) 연구팀은 공동으로 자가세정, 항균, 항생물부착, 내마모 및 내부식 특성을 보유한 신형 생체모방 멀티레벨 다이아몬드 기능막을 개발해 의료 방호 및 해양기기 오염방지에 해결방안을 제공하였다. 해당 성과는 "Robust Biomimetic Hierarchical Diamond Architecture with Self-cleaning, Antibacterial and Antibiofouling Surface"란 제목으로 "ACS Applied Materials & Interfaces"에 온라인으로 게재되었다. 미생물은 공공장소, 의료기계 및 해양 정밀기기에 부착해 세균 감염, 의료기계 고장, 해양기기 성능저하를 초래한다. 미생물의 부착을 억제하면 전염병의 전파를 차단할 수 있지만 기존 폴리머 등 항부착재료의 미흡한 기계적 성능, 낮은 화학적 안정성 등 결함으로 인해 항균 항생물부착의 내구성에 영향을 미친다. 다이아몬드는 내마모, 내부식, 생체적합성 등 장점이 있어 신형 항부착재료로 거듭날 전망이다. 연구팀은 다이아몬드 박막 제조 관련 선행 연구에 기반하고 자체적으로 개발한 단계적 결정이식(seeding) 기상증착법을 통해 식물 잎사귀 생체모방 구조를 보유한 초소수성(superhydrophobic) 마이크로나노급 다이아몬드 기능막을 성공적으로 구축하였다. 해당 기능막은 연꽃잎처럼 진흙탕에서도 깨끗함을 유지할 수 있는 자가세정, 항부착 기능을 구현함과 아울러 매우 높은 기계적 성능 및 화학적 안정성을 부여하였다. 생체모방 다이아몬드 박막은 비코팅 티타늄합금에 비해 대장균 부착을 99% 억제하며 해양환경에서 무도금막 티타늄합금 및 석영유리에 비해 녹조 부착을 95% 이상 감소시킨다. 이외 내마모 성능은 무도금막 티타늄합금의 20배 이상에 달한다. 해당 박막을 부식성 액체에 담구어 1개월 지난 후에도 물리화학적 성질은 변화하지 않으며 항균성도 그대로 유지한다. 현재 동 방법으로 티타늄합금, 실리콘, 석영유리 및 세라믹 등을 포함한 다양한 복잡 형태 상업용 생체모방 모재에서 생체모방 다이아몬드 박막 제조를 구현할 수 있다. 해당 박막은 항균 항생물부착 재료로서 첨단 의료장치 및 해양 정밀기기 분야에의 응용전망이 밝다.

H+HD→H2+D 화학반응 중 신규 양자 현상 발견

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중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 연구팀은 "가장 간단한" 화학반응인 수소원자 플러스 수소분자의 동위원소(H+HD→H2+D) 반응에서 "간단치 않은" 화학반응 중 새로운 양자간섭 효과를 발견함으로써 화학반응 과정에 대한 심층적 이해를 돕고 화학반응에 대한 인식을 높였다. 해당 논문은 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 선행 이론 연구를 통해 특정 산란 각도에서 H+HD 반응으로부터 생성된 H2(수소분자)가 충돌 에너지에 따른 매우 규칙적인 진동을 다소 나타냄을 발견하였다. 유사한 규칙적 충돌 에너지 변화에 따른 진동 현상은 실제로 적지 않은 반응의 이론 계산 결과에 출현한바 있다. 하지만 이러한 진동 모두 H+H2 반응처럼 규칙적이지 못하다. 과학계는 지금까지 이 같은 현상과 관련해 명백한 해석을 내놓지 못하고 있다. 이와 관련해 연구팀은 이론과 실험을 결합시킨 상세연구를 수행하였다. 이론적으로 양자 반응 산란 이론을 더한층 발전시켰고 또한 위상학(topology) 원리로 화학반응 발생 경로를 분석하는 방법을 창조적으로 개발하였다. 실험적으로 개선된 교차 분자빔(crossed molecular beam) 장치를 통해 비교적 높은 충돌 에너지 부위 후방 산란(산란 각도 180˚) 신호 정밀 측정을 달성하였다. 위상학적 분석 결과 이 같은 후방 산란 진동은 실제로 2개 반응 경로의 간섭에서 초래된 것으로 나타났다. 해당 2개 반응 경로 모두 후방 산란에 뚜렷한 기여를 하였지만 각자의 변동폭은 충돌 에너지 변화에 따라 유의적으로 변화하지 않는 등 한 가닥의 비교적 매끈한 곡선을 그렸다. 그 중 한개 위상은 충돌 에너지 변화에 따라 선형 증가하였고 다른 한개는 선형 감소하였다. 때문에 상호간섭의 결과는 강렬한 규칙적 진동 현상으로 표현된다. 전통적 궤적 이론으로 심층 분석한 결과 그 중 한개 반응 경로는 익숙히 알려진 직선 반응 과정에 대응하였는데 H 충돌 후 HD 중의 H 원자를 직접 빼앗아 갔다. 다른 한개 반응 경로는 로밍(Roaming) 메커니즘 유사 반응 과정에 대응하였는데 H 충돌 후 HD 중간에서 한참 회유하고 나서야 HD 중의 H 원자를 빼앗아 갔다. 상기 2개 서로 다른 유형의 반응 경로에서 생성된 수소 분자는 특정 산란 각도에서 한데 모여 간섭을 일으켰다. 이로부터 반응산물인 수소 분자가 규칙적인 진동을 일으킴을 알 수 있다. 특히 흥미로운 점은 로밍 메커니즘을 통해 발생된 반응은 충돌 에너지 연구범위에서 전체 반응성의 약 0.3% 밖에 차지하지 않는다는 점이다. 연구팀은 이론 및 실험으로 이처럼 미약한 소부분의 반응성을 또렷하게 규명하였다. 해당 연구는 한편으로 원자와 분자가 충돌로 인해 화학반응을 발생하는 과정의 양자성(quantum)을 규명하였고 다른 한편으로 이처럼 간단한 시스템에도 과학계가 알지 못하는 부분이 존재한다는 사실 즉 화학반응 경로의 복잡성을 보여주었다.

세계 최초로 "모쯔호" 위성의 양자 보안 시간 전송 달성

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중국과학기술대학교 판젠웨이(潘建伟)/펑청즈(彭承志)/쉬페이후(徐飞虎) 연구팀은 "모쯔호(墨子号)" 양자과학실험위성을 이용하여 세계 최초로 양자 보안 시간 전송의 원리성 실험 검증을 달성함으로써 향후 안전한 위성 항법 시스템을 구축하기 위한 기반을 마련했다. 해당 성과는 "Nature and Physics"에 온라인으로 게재되었다. 고정밀도 시간 전송은 내비게이션, 포지셔닝 등 응용 분야의 핵심 기술이다. 현재 광범위하게 사용되고 있는 시간 전송 기술은 주로 위성 항법 포지셔닝, 광섬유 네트워크 등 시간 전송 솔루션을 포함한다. 최근, 시간 전송의 보안성이 많은 관심을 받고 있다. 컴퓨터 네트워크, 금융, 전력 에너지 네트워크와 같은 다양한 네트워크 시스템에는 모두 통일된 시간 기준이 필요하다. 이러한 시스템이 악의적인 공격을 받을 경우, 이로 인한 시간 오류는 네트워크 붕괴, 위성 항법 오류 등 중대한 보안 사고를 유발한다. 그러나 기존에 널리 사용되고 있는 시간 전송 기술은 데이터 변조, 신호 위장 등 다양한 공격의 잠재적 위험에 직면해 있다. 양자의 비클론성 원리에 기반하여 단일광자 양자 상태를 캐리어로 사용하는 시간 전송 기술은 신호 전송 과정의 안전성을 근본적으로 보장할 수 있다. 연구팀은 최초로 양방향 자유공간 양자 키 분배 기술에 기반한 양자 시간 동기화 솔루션을 제안했다. 해당 솔루션에서, 단일광자 양자 상태는 동시에 시간 전송과 키 분배의 신호 캐리어가 되어 시간 동기화와 키 생성을 수행한다. 이 과정에서 생성된 키는 클래식 시간 데이터를 암호화하는데 사용되므로 시간 데이터의 안전한 전송을 확보한다. 연구진은 "모쯔호" 양자과학실험위성에 기반하여 위성과 지상국 사이의 단일광자 시간 전송, 고속도 위성-지구 양방향 비동기 레이저 시간 응답기 등 핵심 기술을 파악하여 위성과 지상국 사이의 양자 보안 시간 동기화 기술 검증을 달성했다. 30ps의 정밀한 위성-지구 시간 전송을 구현함으로써 위성-지구 레이저 시간 전송의 세계적인 선진 수준에 도달했다. 해당 연구 성과는 공간 양자 실험 분야의 기존 기술을 돌파하고 양자 기술의 실용화에 중요한 기여를 하였으며 양자 정밀 측량 분야의 연구와 응용을 대폭 추진할 전망이다.

인공지능 전산 이미징 연구 성과

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중국과학원 상하이광학정밀기계연구소 정보광학광전기술실험실은 독일 슈투트가르트 대학교(Universität Stuttgart) 응용광학연구소, 미국 매사추세츠공과대학교(Massachusetts Institute of Technology)와 공동으로 물리적 모델과 심층 신경망에 기반한 신형 전산 이미징(Computational imaging) 방법을 제안하고 실험적으로 검증했다. 대량의 라벨링 데이터가 필요 없이 신경망 트레이닝을 달성할 수 있는 해당 방법은 인공지능 기술의 전산 이미징 분야에서의 광범위한 응용을 효과적으로 촉진할 전망이다. 해당 성과는 "Light: Science & Applications"에 온라인으로 게재되었다. 딥러닝 기반 기술은 전산 이미징 분야에 널리 응용되었으며 위상 회복, 디지털 홀로그래픽(digital holographic), 단일 픽셀 이미징, 산란 이미징 등 여러 분야에서 일련의 눈부신 성과를 달성했다. 그러나 전통적인 딥러닝 기반 전산 이미징 방법은 주로 지도형 기계 학습 전략을 사용하기 때문에 신경망을 트레이닝하기 위한 대량의 라벨링 데이터를 확보해야 하며, 수집된 데이터의 양과 품질은 획득한 모델의 성능에 큰 영향을 미친다. 그러나 실제 응용에서 이러한 조건을 충족시키기 어렵다. 기존의 연구에서 이미징 시스템의 순방향 물리적 모델이 알려진 경우, 시뮬레이션을 통해 트레이닝 데이터를 생성할 수 있는 것으로 알려지었지만 신경망의 일반화는 항상 제한되었으며 획득한 모델은 트레이닝 세트와 유사한 장면에서만 좋은 결과를 얻을 수 있다. 딥러닝 기반 전산 이미징 방법에서 트레이닝 데이터 획득이 어렵고 모델 일반화가 제한되는 어려움을 해결하기 위해, 연구진은 물리적 모델과 신경망을 결합하는 방법(Physics-enhanced deep neural network, PhysenNet)을 제안하고 물리적 모델로 트레이닝 데이터를 대체함으로써 네트워크 매개변수의 최적화를 구동했다. 전통적인 데이터 구동의 엔드투엔드(End-to-End) 딥러닝 방법에 비해 PhysenNet는 트레이닝 데이터가 필요 없는 보편성을 구비한 방법이다. 모델 구동의 최적화 알고리즘과 비교하여, PhysenNet는 명시적 규칙항을 사용하지 않고도 병적 역문제(감지된 물리적 측정에서 원시물체 정보를 복구하고 감지 단계에서 위상 등 정보를 잃음)를 해결할 수 있다. 연구진은 전산 이미징의 전형적인 예(example)인 위상 이미징으로 해당 방법의 효과성을 검증했다. 연속 반복을 통해 신경망 출력 결과가 회절 전파와 측정 과정(물리적 모델)을 거친 후 계산으로 획득한 회절 강도 그래프를 점차 실제 측정한 회절 강도 그래프에 가깝도록 한다. 반복이 진행됨에 따라 신경망의 출력 결과도 실제 얻으려는 위상 물체에 접근한다(그림 1). 실험 결과(그림 2)에 따르면, 하나의 회절 강도 그래프만 사용하는 경우, PhysenNet의 복구 효과는 여러 개 탈초점면 사이에서 왕복으로 반복해야 하는 Gerchberg-Saxton(GS) 알고리즘의 복구 효과보다 우월하며 디지털 홀로그래픽 방법으로 복구한 효과에 가깝다. 해당 방법은 정방향 물리적 모델의 기존에 알려진 많은 전산 이미징 방법에 응용할 수 있다. 그림1: PhysenNet 원리도 그림2: 실험 결과 (a) 실험 장치 (b)와 (g)의 두 위상형 물체의 회절강도 그래프는 각각 (c)와 (h)이다. PhysenNet, 디지털 홀로그래픽 및 GS 방법을 이용하여 복구된 결과는 각각 (d)와 (i), (e)와 (j), (f)와 (k)이다.

인공지능을 통한 3차원 벡터 홀로그래피 구현의 새기술 개발

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상하이이공대학교 좡쑹린(莊松林)/구민(顧敏) 연구팀은 최초로 기계학습 인버스디자인(machine-learning inverse design)을 이용해 3차원 벡터 홀로그래피(Three-dimensional vectorial holography)라는 신개념을 발명하였다. 해당 발명은 광학 홀로그래피 기술 분야의 획기적 성과이다. 동 발명에 기입된 기계학습 기반 인버스디자인은 1개 또는 여러 개 임의의 3차원 벡터 라이트필드(Light-field)를 정확하고도 신속하게 생성할 수 있기에 초광대역 홀로그래픽 디스플레이, 초안전 정보 암호화, 초용량 광저장, 초정밀 입자 조종 등 분야에 응용될 전망이다. 해당 성과는 "Science Advances"에 게재되었다. 빛은 전자기파로서 매질 중 전파와 동시에 전자기 및 자기장의 진동을 동반하는데 이를 빛의 벡터 특성이라 부른다. 광파(optical wave)의 횡파 특성으로 인해 빛의 진동은 일반적으로 전파방향과 수직되는 2차원 평면 위에 제한된다. 최근 연구를 통해 빛의 진동은 기존 2차원 평면의 제한으로부터 자유로울 수 있음을 발견하였다. 즉, 간섭을 통해 제3의 벡터 종방향 진동을 발생할 수 있다. 물리학적 측면에서 3차원 맥스웰 방정식(Maxwell's Equation) 해법을 통해 1개의 3차원 벡터 라이트필드 분포를 순방향으로 획득할 수 있지만 그 제어가 어렵다. 세계적 난제로 남아있는 임의의 3차원 벡터 라이트필드 정밀 생성은 매우 복잡한 인버스디자인을 필요로 하는 등 인간의 지식·경험의 한계에 도전한다. 연구팀이 기계학습 인버스디자인을 이용해 최초로 구현한 3차원 벡터 홀로그래피는 3차원 홀로그램 중 각 픽셀 임의의 3차원 벡터상태에 대한 정밀 제어가 가능하다. 연구팀은 기계학습 기반 인공지능 새 기술을 통해 최초로 3차원 벡터광에 대한 조종을 구현함과 아울러 기계학습 알고리즘을 광학 홀로그래피에 확장시킴으로써 각 3차원 벡터광 정보에 대한 부호화, 전송, 복호화 등 전방위적 조종을 구현하였다. 이로써 기존 2차원 편광(polarized light)의 제한을 극복하였다. 기계학습은 광학설계에서 날로 중요한 역할을 담당하고 있다. 훈련을 거친 인공신경망은 임의의 3차원 벡터 라이트필드를 효과적이고도 신속하게 생성할 수 있을 뿐만 아니라 그 정확성이 100%에 달해 라이트필드 조종 효율을 대폭 향상시킨다. 해당 발명은 광학 홀로그래피를 위한 새로운 경로를 개척하였다. 연구팀은 최초로 홀로그래피에서 빛의 3차원 벡터상태가 독립적 정보 담체로 될 수 있음을 입증함과 아울러 정보 부호화 및 다중화(Multiplexing)를 달성하였다. 해당 발명은 광학 홀로그래피 기술 분야의 획기적 성과로서 차세대 초광대역, 초대용량, 초스피드 병렬처리 광학 홀로그래피 시스템에 기반을 마련함과 아울러 빛과 물질의 상호작용(예를 들어, 입자 조종) 심층적 이해에 참신한 플랫폼을 제공하였다.

「중국 위성항법 및 위치서비스 산업 발전 백서(2020)」 발표

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2020년 5월 18일, 「중국 위성항법 및 위치서비스 산업 발전 백서(2020)」가 공식 발표되었다. 백서에 따르면 2019년 중국 위성항법 및 위치서비스 산업의 총 산출액은 3,450억 위안으로 전년대비 14.4% 증가하였다. 그 중 위성항법 기술 R&D 및 응용과 직접적으로 연관된 칩, 소자, 알고리즘, 소프트웨어, 항법데이터, 단말설비, 인프라 등을 포함한 산업 핵심 산출액은 1,166억 위안으로 총산출액의 33.8%를 차지한다. 베이더우(北斗)가 산업 핵심 산출액에 대한 기여율은 80% 이상에 달한다. 위성항법에 의해 파생된 관련 산출액은 2,284억 위안으로 동기대비 17.3% 증가하였다. 1) 베이더우 국제 협력의 새 성과 중국은 유엔 글로벌위성항법시스템국제위원회(ICG) 등 다자 플랫폼에서 적극 활약하였고 제2회 중국-아랍국가 베이더우협력포럼, 제1회 중국-중앙아시아 베이더우협력포럼을 성공적으로 개최하였다. 베이더우의 국제 파트너십은 점차 확대되고 있고 특히 "일대일로" 국가 및 국제기구와의 협력이 보다 광범위하게 이루어지고 있다. 중국 기업의 위성항법 위치확인 제품은 전세계 100여개 국가에 판매되었다. 그 중 베이더우는 "일대일로" 연선의 30여 개 국가와 지역에서 응용되고 있다. 베이더우는 국제협력 면에서 중-미 심층적 신호 상호운용 조율, 중-유럽 주파수 조정 등 사업이 순조롭게 추진 중이며 중국-러시아 정부 간 협약이 공식 발효되었다. 베이더우항법시스템 글로벌 네트워킹 완료 후 세계 각 지역의 경제사회 발전에 일조할 전망이다. 2) "융합"은 베이더우 발전의 새로운 특징 ◦산업·교육의 융합 2019년에 교육부 위성항법연합연구센터 등 기관은 공동으로 베이더우과학보급교육기지 건설을 추진하였는데 이미 28개 기관이 업무를 개시했다. ◦통신·항법의 융합 2019년에 "베이더우+인터넷" 응용은 한단계 발전하였다. 각종 베이더우 위치확인 기반의 사물인터넷 응용이 꾸준히 배출되었는데 예를 들면 베이더우 고정밀도 칩을 탑재한 칭쥐(青桔) 공유자전거가 본격 투입되었고 타사 공유자전거도 세밀화 관리를 달성해 이미 4,000만 이상 규모의 활성사용자 수를 확보하였다. ◦"베이더우+", "+베이더우"의 심층적 발전 현재 베이더우 응용 및 산업화 발전은 기술 융합, 응용 융합, 산업 융합의 새단계에 전면적으로 진입하였다. 베이더우 산업 융합 발전만 보더라도 시장은 수직수평적으로 더한층 발전 중에 있다. 통합적, 개방적, 경합적, 풍부적이며 기술사슬, 산업사슬, 가치사슬의 양호한 순환을 형성한 베이더우 응용 산업생태계를 구축함과 아울러 기술, 네트워크, 단말, 데이터 등의 융합을 통해 타분야와 실제로 산업융합 및 협동공생을 형성해 기존 시장을 꾸준히 확대하고 새 시장을 개척하는 것이 중국 위성항법 산업 발전의 핵심이다. ◦범분야적 경쟁은 새 동력 2019년에 "베이더우글로벌시스템 응용보급 및 산업화" 프로젝트 낙찰 기관 중 50% 이상은 비전통업계 기업이다. 2019년에 점점 더 많은 비관련 기업이 입찰 경쟁에 뛰어들었다. 발전과 협력의 관점에서 범분야적 경쟁은 기업 발전을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 3) 베이더우 3호 갱신과 "뉴인프라" 베이더우 3호 시스템의 전반적 구축은 산업의 한 단계 높은 발전을 촉진할 전망이다. 2020년 베이더우 3호 응용을 위한 베이더우 단말제품의 전면적 갱신을 시작으로 또 한 차례 베이더우 산업화, 규모화 발전의 붐이 도래될 전망이다. 현재 중국이 적극 추진 중인 "뉴인프라" 개발 전략에 있어 베이더우 정밀 시공간 기술 응용의 접목은 디지털화, 지능화, 업그레이드 실현의 필수이며 또한 위성항법 및 위치서비스 산업 발전의 기회이다. 베이더우시스템 보호, 최적화, 보강 방안을 지속적으로 추진하고 완전성, 신뢰성, 정밀도를 꾸준히 향상시켜 종합 시공간 체계 구축에 도움을 주고 응용서비스 효과 최대화 및 시스템 취약점 최소화를 달성해 베이더우 응용 및 서비스의 신뢰성, 정밀도, 안전성, 지능화를 보장한다.

스젠 20호 위성, 핵심 테스트 완료

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중국항천과기그룹(CASC) 제5연구원이 중국 차세대 대형 범용플랫폼—둥팡훙(東方紅) 5호 위성플랫폼을 기반으로 개발한 스젠(實踐) 20호 위성이 최근 모든 핵심 테스트를 성공적으로 완료함과 아울러 위성플랫폼의 성능 및 플랫폼에 탑재된 여러 핵심기술을 충분히 검증하였다. 스젠 20호 위성은 2019년 12월 17일 하이난원창(海南文昌)우주발사장에서 발사되어 2020년 1월 5일에 지구동기궤도에 성공적으로 진입한 뒤 궤도상 테스트를 개시하였다. 도합 84개 테스트 항목 중 현재 레이저 통신, 전기 추진, 고전송률 관련 분야 주요 시험을 완료한 가운데 설계 예상치에 부합되는 결과를 획득하였다. 초고속 레이저 통신 기술 검증에서 전송속도가 2017년에 중국이 궤도상에서 검증한 5Gbps 레이저 통신 기술에 비해 2배 향상된 10Gbps에 달해 궤도상 세계 최고 전송속도 기록을 경신하였다. 이로써 중국은 향후 우주 고속 정보통신망 등 우주 인프라 구축에 튼튼한 기반을 마련하였다. 또한 최첨단 전기 추진 기술도 검증하였다. 해당 기술은 화학연료 대신에 제논(xenon) 가스를 사용하여 추진 효율은 기존 화학추진 기술의 약 10배에 도달시킨 반면 무게는 기존 화학추진제 사용시의 10분의 1로 줄여 위성 유효하중 탑재량을 대폭 늘였다. 스젠 20호 위성에 최초로 도입된 LIPS-300 전기추진시스템은 3단 작동모드를 보유하기에 위성의 궤도 변경, 궤도 위치 유지 및 모멘텀휠 언로딩 등 다양한 임무 요구를 충족시킨다. 해당 기술의 전반적 검증에 힘입어 향후 통신, 원격탐사위성에의 광범위한 응용은 물론 심우주 탐사 등 분야의 발전에서도 중요한 역할을 발휘할 전망이다. 그리고 고전송률 위성 응용 관련 Q/V 대역 하중, 광대역 유연 중계기(transponder), 빔호핑(beam hopping) 중계기 등 기술도 성공적으로 검증하였다. 이번 스젠 20호 위성의 Q/V 대역폭은 5GHz로, 2017년에 발사한 중싱(中星) 16호에 비해 약 3GHz 향상되었다. 스젠 20호 위성에 탑재된 빔호핑 기술은 이번에 중국이 최초로 궤도상 응용하여 검증에 성공함으로써 동 분야에서의 시장경쟁력을 키울 전망이다.

펄서 관련 X선 편광 신호 변화 최초로 발견

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칭화대학교 천문학부 펑화(馮驊) 연구팀이 담당한 "극광(aurora)계획"은 X선 편광 검출기를 통해 게성운(Crab Nebula) 및 펄서에서 유래한 연질 X선 편광 신호를 탐측함과 아울러 펄서 자전 돌변/회복 과정 중 X선 편광 신호의 변화를 최초로 발견하였다. 해당 성과는 "Nature Astronomy"에 게재되었다. 전자기파의 일종인 X선은 블랙홀, 중성자별 등 천체를 연구하는 가장 흔한 매개체이다. 편광은 전자기파의 기본 특성 중 하나로서 3D 영화, 액정 디스플레이 등 일상생활에 광범위하게 존재한다. 1968년에 미국 과학자가 최초로 천문 X선 편광 탐측을 수행하였지만 그 후 탐측 효율 및 민감도가 낮은 등 원인으로 해당 기술의 발전은 정체되었다. 2009년, 연구팀은 해당 기술 탐구 및 개선을 시작하였고 또한 국제협력을 통해 시스템 오차가 낮은 고민감도의 2세대 X선 편광 검출기를 개발하였다. X선 편광 측정을 통해 고에너지 복사 영역의 자기장 방위, 천체의 기하학적 대칭성을 획득할 수 있는 등 고에너지 천체물리 연구에 중요한 의미가 있다. 검출기 패키징의 문제 해결이 해당기술의 핵심이다. 실험 초기에 연구팀이 제조한 검출기 핵심부품은 항상 단시간 내에 파손되었다. 반복적 테스트를 통해 검출기 내부 기체 순도가 반드시 99.999% 이상에 도달해야만 장시간 사용을 담보할 수 있음을 발견하였다. 지속적인 개선을 거쳐 약 30분이던 검출기 작동수명을 5년에서 10년으로 끌어올렸다. 차세대 X선 편광 탐측 기술은 향후 천문학 연구에 보다 광범위하게 응용되어 인류의 별하늘 탐색에 지능적 지원을 제공할 전망이다.

싱윈 2호 위성, 우주 기반 사물인터넷 구축 시작

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2020년 5월 12일 16시 40초, 중국은 주취안(酒泉)위성발사센터에서 콰이저우(快舟) 1호 갑 운반로켓으로 싱윈(行雲) 2호 01,02번 위성을 발사하였다. 중국항천과공그룹(CASIC) 우주 기반 사물인터넷 위성 성좌의 첫 발사 위성인 "싱윈 2호" 위성은 궤도상 기술 검증 및 응용 테스트를 수행할 예정이다. 이번 "로켓 1개 위성 2개" 성공적 발사는 CASIC "싱윈 프로젝트" 첫 단계 구축 임무가 성공적으로 완료되었음을 의미한다. 싱윈 2호 01,02번 위성은 CASIC 산하 항톈싼장(航天三江) 소속 항톈싱윈과기유한회사가 자체적으로 설계하였다. 싱윈 프로젝트 α단계 기술검증위성인 해당 2개 위성은 위성 간 레이저 링크 기술, 위성 탑재 디지털 멀티빔 통신 하중, 공대지 위성 통신 프로토콜 등 다수 중요 기술 분야에서 자주적 혁신을 달성하였다. 해당 위성은 궤도 진입 후 지능 컨테이너 감시관리, 극지 환경 모니터링, 지질 재해 모니터링, 기상 데이터 예보, 해양 환경 모니터링, 해상 운수 통신 등 다양한 업종에 응용 테스트를 제공할 예정이며 또한 향후 우주 기반 사물인터넷 네트워킹을 위해 기반을 마련할 전망이다. 싱윈 2호 01,02번 위성은 중국 저궤도 위성 성좌로서는 최초로 위성 간 레이저 링크 기술을 채택하였다. 즉 궤도상 위성은 레이저 통신 기술로 원거리 통신을 하며 지상국의 중계전송에 의존하지 않기에 통신 서비스의 실시간성을 높일 수 있다. 뿐만 아니라 해당 2개 위성은 중국내 최초로 위성탑재 디지털 멀티빔 통신 하중을 사용할 예정인바 자체적으로 개발한 혁신적 첨단 통신 프로토콜을 통해 대량 숏데이터(short data) 접속을 달성함으로써 중국 최초의 운영, 관리, 서비스 통합 위성 성좌 시스템으로 거듭날 전망이다. 싱윈 프로젝트는 CASIC의 "5개 윈 1개 열차"[페이윈(飛雲), 콰이윈(快雲), 싱윈, 훙윈(虹雲), 텅윈(騰雲) 프로젝트 및 고속비행열차 사업]의 상업 우주프로젝트 중 하나이다. 동 프로젝트는 중국이 최초로 발표한 자체 투자로 구축하는 우주 기반 사물인터넷 위성 성좌로서 α, β, γ 3단계로 나뉘어 구축된다. 2023년 전후에 80개 저궤도 통신위성으로 구성된 위성 성좌가 구축되어 현재 지상 사물인터넷 업무의 셀룰러 통신망 커버율 미흡(육지 커버율은 약 20%, 해양 커버율은 5% 미만)으로 인한 "통신 사각지대" 문제를 철저히 해결해 실제적 글로벌 만물인터넷을 실현할 전망이다. 구체적인 예를 들면, 싱윈회사가 자체적으로 개발한 이중 모드 컨테이너 감시관리 단말은 해상·육상 운수 컨테이너, 물류차 등 약품콜드체인물류 감시 관리를 위해 적시적, 데이터화, 지능화된 위치 정보, 궤적 추적, 상태 감시(약품 저장 온도 및 습도), 약품 안전 관련 서비스를 제공함으로써 화물주, 차주, 관리자는 콜드체인 물품의 위치 정보, 안전 상태 등을 실시간으로 파악할 수 있다. 이외, "싱윈 위성+4G" 이중 모드 저전력소비 사물인터넷 통신 모듈, 베이더우(北鬥) 위치확인 및 고용량 전지 등 기술을 사용해 개발한 싱윈 개인용 휴대식 비상통신단말은 현재와 같은 전세계적 전염병 유행상황에서 일선 방역 작업 관리에 응용할 수 있다. 동 단말을 이용해 전염병 유행정보 수집자는 정보를 실시간으로 보고할 수 있고 정부 부처, 전염병 관리 부처는 비상 통신적 업무 지휘를 통해 다층적 상하 연결, 일괄적 공동예방통제 신속대응기제를 형성할 수 있다.

핵심 유전자의 클러스팅 배열-논벼가 진화한 잡초 대항 "보호막"

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저장(浙江)대학교 농업생물기술대학 판룽장(樊龙江) 연구팀은 일본 연구팀과 공동으로 5년간 연구를 거쳐 최초로 게놈에 클러스터로 배열된 관련 유전자가 논벼가 돌피에 대항하는 "생화학적 무기"인 왕겨(Rice hulls)의 핵심임을 규명하였다. 해당 유전자 클러스팅 진화 사건은 수렴 진화(convergent evolution)를 통해 식물계에서 이미 독립적으로 여러 차례 발생했음을 입증했다. 해당 성과는 "PNAS"에 게재되었다. 논벼 재배에서 돌피를 위주로 하는 논밭 잡초를 제거하기 위해 흔히 제초제를 사용한다. 그러나 해당 방법으로는 농약 잔여물이 남아 있고 토양을 오염시키며 생산 비용이 증가된다. 외력을 빌리는 것 외에 논벼 자체도 진화를 거쳐 방어성 이차대사산물-왕겨를 생성하여 근계를 통해 분비함으로써 주변의 돌피 등 식물의 성장을 억제한다. 왕겨의 성장 메커니즘 연구는 향후 논벼 육종을 위한 중요한 가치가 있다. 연구진은 시퀀싱된 100여 개 식물 게놈 서열에 대한 대규모 분석을 통해 현재 식물계에서 논벼, 대회선(Hypnum plumaeforme) 및 돌피만이 왕겨 유전자 클러스터를 진화시킴을 발견했다. 일부 식물도 왕겨 합성 관련 핵심 유전자를 진화시켰지만 게놈에 밀접하게 클러스터로 배열되지 않았기 때문에 왕겨를 합성할 수 없다. 유전자 클러스터는 진화에서 선택 우위를 점하고 외래 영향을 방어하며 유전자 클러스팅은 왕겨를 합성하는 필요한 조건이다.

캡시드 보유 HIV-1 바이러스의 세포핵 진입 메커니즘 규명

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중국과학원 생물물리연구소 리샤(李俠) 연구팀은 세포 분자 이미징 및 전자현미경 관찰을 결합해 캡시드(capsid) 보유 HIV-1 바이러스 핵심(core)이 세포핵에 진입하는 경로를 발견하였다. 관련 논문은 "HIV-1 viral cores enter the nucleus collectively through the nuclear endocytosis-like pathway"란 제목으로 "Science China-Life Sciences"에 온라인으로 게재되었다. 기존 이론에 의하면 HIV-1는 세포에 진입한 후 세포질에서 역전사 및 탈각을 발생해 방출된 유전체는 핵공을 통해 핵에 진입한 다음 염색체 통합을 발생한다. 하지만 최근 연구에서 세포핵에도 바이러스 캡시드가 존재하며 또한 통합부위(integration site) 선택, 면역 회피 등 기능을 발휘함이 발견되었다. 최신 보고에 의하면 바이러스가 염색체 통합부위 근처에서 탈각을 완성함이 입증되었다. 캡시드 보유 바이러스 핵심의 크기가 세포 핵공에 비해 훨씬 커 그 핵막 통과 방식에 관심이 집중되고 있다. 이에 비추어 연구팀은 바이러스와 세포의 상호작용 동적 추적관찰을 위해 바이러스와 세포의 다양한 성분에 대한 차별화 복합 형광 표지를 구현하였다. 연구 결과, 바이러스 입자는 세포 진입 후 미세소관을 따라 운동하면서 핵막 외측의 미세소관형성중심(microtubule-organizing center, MTOC) 근처에 모여 인근 핵막의 함몰을 유발하였고 뒤이어 함몰된 공간에 진입하였다. ESCRT-III 시스템의 관여 하에 변형 핵막은 복원되기 시작하였는데 함몰 가장자리 양끝으로부터 생성된 새 핵막은 중간으로 뻗어 핵막 낭포 구조를 형성해 바이러스 입자를 감쌌다. 최종 낭포 내측 막의 파열로 바이러스 입자가 방출되어 핵으로의 진입을 완성한다. 바이러스는 미세소관을 따라 운동하면서 세포핵으로 모이므로 미세소관 억제제 간섭을 통해 상기 현상을 없앨 수 있다. 해당 현상은 외인성 물질의 세포내 이입 방식과 유사하기에 유사 핵내 이입 경로(nuclear endocytosis-like pathway)라 지칭한다. 동 연구는 외피 보유 HIV-1 바이러스 핵심의 세포핵 진입 메커니즘을 규명함으로써 세포 중 HIV-1 운명의 다양함을 보여주었고 HIV-1 세포 감염 관련 기존 지식을 보완하였다.

코로나19 강력 치료제 중화 항체 발견

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베이징대학교 베이징미래유전자진단고급정밀첨단혁신센터(ICG) 세샤오량(谢晓亮) 연구팀은 대량신속처리 단일세포 시퀀싱 기법으로 코로나19 회복 단계 환자의 혈장에서 성공적으로 다수의 고활성 중화 항체를 선별하였다. 중화 항체는 인체 면역계에 의해 생성되며 바이러스 감염 세포를 효과적으로 차단할 수 있다. 해당 성과는 "Cell"에 온라인으로 게재되었다. 동물 실험을 통해 해당 중화 항체가 코로나19의 효과적인 치료제이며 단기 예방 효과도 있음이 입증되었다. 이는 과학적 항역병의 중요한 단계적 성과이다. 세샤오량 연구팀은 2020년 겨울 전에 관련 중화 항체가 이미 출시되었을 것이라고 밝혔다. 선발된 중화 항체는 치료 및 단기 예방의 두 가지 주요 용도가 있다. 연구팀은 협력 기관과 공동으로 임상 실험을 적극 추진 중이다. 야오밍생물(药明生物) 제약회사가 GMP급 약물을 임상 실험 생산하고 있으며 2020년 7월에 완성될 예정이다. 임상 실험은 베이징단쉬(北京丹序) 의약품유한회사의 협조 하에 호주 등 나라에서 실시될 예정이다. 코로나19는 강력한 치료제가 시급하다. 기존에 입증된 치료 방법 중, 소분자 약물은 구약으로서 치료 효과가 제한적이며, 혈장 요법은 효과가 뚜렷하지만 혈장 공급원이 제한되어 있다. 혈장 요법의 유효 성분은 특이성이 강한 중화 항체이다. 항체 약물은 일종의 대분자 약물로 이미 에이즈, 에볼라 등 질병에 성공적으로 적용되었지만 개발 기간이 너무 길어 몇 년의 시간이 필요하다. 대량신속처리 단일세포 시퀀싱 기술로 회복 단계 환자의 혈장에서 중화 항체를 찾아내면 중화 항체를 찾는 시간을 몇 개월로 단축하여 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 연구팀은 단일세포 유전체학 연구의 전문 지식으로 유안(佑安)병원과 협력하여 60명의 회복 단계 환자에서 8,558가지 바이러스 단백질 결합 항체 서열을 선별하고 14개의 고활성 중화 항체를 식별했다. 그 중, BD-368-2인 항체는 슈도바이러스 실험에서 반억제 농도(IC50)가 1.2ng/mL(8pM)이고, 군사의학연구원 P3 실험실의 euvirus 실험에서 IC50이 15ng/mL(100pM)이다. 중화 항체의 체내 항바이러스 실험에서 중국의학과학원 의학실험동물연구소 친촨(秦川) 연구팀의 hACE2 유전자 변형 생쥐 모델을 이용하여 SARS-Cov-2 에 감염시킨 후 BD-368-2로 치료한 결과, 바이러스가 적재량이 2,400배 감소되었다. BD-368-2 주사 후, 생쥐 모델의 바이러스 감염이 완전히 억제되었고 예방 효과를 달성했다. 구조 생물학자 쑤샤오둥(苏晓东)/샤오준위(肖俊宇) 과제팀은 냉동 전자현미경(Cryo EM)을 이용하여 코로나19 바이러스 Spike 삼합체와 중화 항체의 고해상도 3차원 구조 밀도 다이어그램을 획득했다. 밀도 데이터에 따르면, 항원상의 중화 항체 에피토프(Epitope)가 ACE2의 결합 부위와 중합된다. 또한, 항체 서열을 이용하여 추산한 항체와 SARS 바이러스 중화 항체의 구조상의 유사성을 이용하여 코로나19 바이러스 중화 항체를 선별하는 방법을 통해 선별 효율을 대폭 향상시킬 수 있음을 발견했다. 해당 연구는 최첨단 대량신속처리 단일세포 시퀀싱 기술을 이용하여 고품질 중화 항체를 선별하고 동물 모델을 결합하여 우수한 항바이러스 능력을 입증하였다. 또한 혈장 요법의 단점을 극복하고 코로나19 환자 특히, 중증 환자의 치료를 위한 무기를 제공함으로써 인류가 코로나19를 물리치기 위한 아주 중요한 과학적 및 실용적 가치가 있다.

코로나19 T세포 면역 연구에서 획기적 성과 달성

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충칭(重庆)의과대학교 면역연구센터 진아이순(金艾顺) 연구팀은 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2) 비상 프로젝트 연구에서 특이성 T림프구 연구에서 획기적인 성과를 달성함으로써 코로나19 백신 개발과 T세포 면역 치료를 위한 기반을 마련했다. 연구팀은 융촨(永川)병원 감염부과 충칭의과대학교 제3부속병원 검험과 등 부서의 협력으로 코로나19 회복단계 환자의 말초혈액을 채집하였다. 잠재적 중화성 완전인간 단일클론 항체의 신속 선별 기술을 구축하고 성공적으로 다수의 높은 친화성과 중화 활성을 보유한 코로나19 완전인간 단일클론 항체를 획득함으로써 중화 항체 약물 개발을 위한 기반을 마련했다. 연구팀은 중국 인구 70% 이상을 차지하는 HLA-A2, HLA-A24 및 HLA-A11 등 유전자 유형에 대해, 코로나19 회복단계 환자 말초혈액 중의 특이성 T림프구 항원 펩티드 및 T세포 수용체(TCR)를 선별하여 성공적으로 코로나 19 S단백질 수용체 결합 구역(RBD)의 항원 펩티드를 포함하는 여러 유형 유전자의 다양한 항원 펩티드를 획득했다. 해당 코로나19 T세포 수용체 결합의 항원 펩티드는 기존에 보고된 적이 없다. 코로나19 바이러스는 체내에 들어가 숙주 세포를 감염시키고 세포 내에서 복제된다. 중화 항체는 세포 외부의 바이러스를 제거하거나 바이러스가 숙주 세포를 감염시키지 못하도록 막는 역할만 하고 세포 내부에 진입하지 못하기 때문에 세포 내에 기생하는 바이러스에 대해서는 속수무책이다. 지혜로운 인간 면역계는 T림프구에 세포 내 바이러스를 제거하는 능력을 부여했다. 따라서 감염된 장기 세포에서 바이러스를 최종적으로 제거하려면 T세포가 참여한 세포 면역 반응이 필요하다. 코로나19 특이성 T세포는 환자 또는 감염자가 체내 바이러스를 철저히 제거하고 완치하는데 도움을 줄 수 있다. T세포 면역 요법은 무증상 감염자 및 양성 재발 환자에 대한 효과적인 근치 방법이다. 해당 연구는 코로나19의 T세포 면역 요법을 위한 방법을 제공했다. 획득한 T세포 항원 펩티드와 항체의 에피토프(Epitope)는 백신 개발을 위한 최적의 재료원이 될 전망이다. 또한 후속적인 코로나19 백신 개발을 위한 기반을 마련했다.

최초로 경외 카라코람산맥의 딥얼음 코어 획득

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중국과학원 칭짱(青藏)고원연구소 쉬바이칭(徐柏青) 연구팀은 중국-파키스탄 경제회랑(China-Pakistan Economic Corridor, CPEC) 북단의 지세가 높고 험준하며 하곡이 깊은 파미얼 고원(Pamir Plat)과 카라코람 산맥(Karakoram Mountains) 교차 지역-서풍과 계절풍 교차 지역에 대한 고찰 연구를 진행했다. 연구팀은 자체 설계한 얼음 코어 열천공 시스템과 호수 코어 중력 드릴링 시스템을 이용하여 최초로 경외 카라코람 산맥의 딥얼음 코어와 호수 코어 샘플을 획득했다. 해당 샘플은 범제3극지역(칭짱고원과 말라야산맥을 중심으로 하는 지역)의 환경 변화 역사를 재구성할 수 있다. 90년대 중반 이후, 해당 지역의 기후는 중대한 변화를 겪었으며 가장 뚜렷한 현상은 강수량의 현저한 증가이다. 제3극 빙하의 전반적인 가속 융빙 배경 하에 해당 지역의 빙하는 상대적으로 안정적이며 심지어 일부 빙하 전진도 진행되고 있다. 이러한 비정상적인 현상은 국제 학술계의 관심을 받고 있다. 연구팀은 파키스탄 우주·상층대기연구위원회의 협조 하에 카라코람 길기트(Karakoram Gilgit)-발티스탄(Baltistan) 지역에 있는 비아포(Biafo) 빙하, 셰어(Sheo), 사르(Sar)와 세팔 말루크(Saiful malook) 호수에서 108일 간의 얼음 코어-호수 코어 시추 작업을 진행했다. 고찰팀은 비아포 빙하의 해발 5,600m 곳에서 총 길이가 110m 이상인 얼음 코어를 뚫고 해발 5,250m에서 5,600m 구역의 다양한 경사도 눈구덩이의 단면 샘플을 수집했다. 또한 성공적으로 2개 호수의 수중 지형 측정과 쇼트 코어 드릴링 작업을 완성하였고 각각 4개의 호수 코어 샘플을 획득함으로써 해당 지역 천년 스케일의 기후 환경 변화에 대한 고해상도 연구를 진행하기 위한 샘플을 마련했다. 향후, 연구팀은 획득한 얼음 코어, 호수 코어 샘플에 대한 산소동위원소, 블랙 카본, 입자 크기, 원소 등 데이터 측정을 진행하고 남북방향 국제 관측 대단면과 수직 경사도 관측 시스템을 구축하며 서풍-계절풍 교차지역 온도 및 강수와 적설 관측의 공백을 메움으로써 해당 지역의 마지막 빙하기 이후의 기후 환경 변화를 재구성하여 중국-파키스탄 경제회랑 건설의 환경 평가, 재난 위험 방지, 기후 변화 대응 및 친환경 개발 등을 위한 중요한 과학적 근거를 제공할 계획이다.

암모니아 분자 확산 중 동위원소 분별효과 존재 발견

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중국과학원 대기물리연구소 판웨펑(潘月鵬) 국제 연구팀은 유럽, 미국, 중국에서 광범위하게 사용되는 수동 샘플러(ALPHA, Analyst, Radiello 등)에 대한 적용성 평가를 수행하였다. 연구 결과 상기 3종 수동 샘플러로 획득한 암모니아 동위원소 구성은 일치성을 지녔지만 디퓨저 능동 샘플링 시스템(DELTA, 대비표준)에 비해 모두 뚜렷하게 낮았으며 그 차이는 15.4±3.5‰에 머물렀다. 해당 차이는 예상치를 웃돌았지만 의외로 암모니아 동위원소 분자 확산으로 인한 질소 동위원소 분별효과(fractionation effect)를 묘사하였다. 해당 성과는 "Atmospheric Research"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 심층적 이론 계산을 통해 가벼운 동위원소(14NH3)와 무거운 동위원소(15NH3)의 분자량은 서로 다르고 이에 따른 공기 중 다양한 확산속도는 암모니아 동위원소 분별을 야기해 15NH3의 17.7‰ 저하를 초래함을 발견하였다. 이는 베이징 실제 대기 중 관측 차이(15.4‰)에 매우 근접한다. 논문 공동저자인 Walters 박사도 미국 로드섬(Rhode Island)과 중국 선양(沈陽)의 교통근원 암모니아 동위원소 측정시 유사한 분별현상을 발견함으로써 베이징 현지 관측 결과의 일반성 및 이론적 계산의 자기일관성(self consistency)을 입증하였다. 다시말해 15.4‰가 수동 샘플링 암모니아 동위원소 분별효과 교정계수로 될 수 있다. 기체 확산도 픽의 법칙(Fick's Law)을 따르기에 해당 계수 또한 NOx, HONO, HNO3 등 기타 암모니아 동위원소를 함유한 데이터 교정에 적용된다. 기체 분자 확산 중 동위원소 분별효과 교정은 수동 샘플링 측정 데이터의 신뢰성을 대폭 향상시킴과 아울러 기체상태 오염물 동위원소 근원 추적 연구 분야에서 수동 샘플러의 광범위한 응용을 촉진할 전망이다.

금속할로겐화물 페로브스카이트재료로 리튬전지 순환 안정성 대폭 향상시켜

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중국과학기술대학교 핵화학·재료대학 야오훙빈(姚宏斌) 연구팀은 염소기 금속할로겐화물 페로브스카이트의 넓은 밴드갭, 양호한 막형성성, 간단한 제조 등 비교우위를 충분히 이용하여 금속할로겐화물 페로브스카이트 기반 그래디언트(gradient) 리튬전도층을 개발함으로써 금속리튬 음극과 전해액의 격리를 구현함과 아울러 리튬금속전지의 순환안정성을 대폭 향상시켰다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 금속할로겐화물 페로브스카이트는 밴드갭 조절이 가능하고 결함 허용도가 비교적 높으며 제조가 간단한 등 장점으로 인해 최근 광전연구 분야에서 각광받는 재료로 되었다. 하지만 리튬이온 전도체 리튬-란타늄-티타늄-산소화합물(LLTO)과 유사한 공간구조를 보유한 금속할로겐화물 페로브스카이트재료의 프레임 내 리튬이온 전도 특성 및 관련 응용에 대한 연구는 거의 없다. 연구팀은 스핀코팅법으로 제조한 금속 염소기 페로브스카이트가 리튬 이온을 수용 및 수송하는 특성을 보유함을 발견하였다. 리튬이온은 금속할로겐화물 페로브스카이트의 격자에 삽입될 수 있고 또한 페로브스카이트/기저 계면에서 가역적 합금화/탈합금화 반응이 가능하기에 밑부위에 구성이 독특한 페로브스카이트-합금층 그래디언트 점진변화 구조를 형성할 수 있다. 상기 독특한 구조는 전극 위 리튬이온의 균일 침적/탈리에 유리하다. 뿐만 아니라 연구팀은 간편한 고체상 전사 방법을 개발해, 스핀코팅법으로 제조한 고품질 염소기 페로브스카이트 박막을 리튬 포일 표면에 원위치 전이시켜 그래디언트 구조를 보유한 리튬전도층을 형성함으로써 조밀 리튬금속 침적 및 탈리를 구현함과 아울러 리튬수지상정 성장 및 리튬금속전극의 분말화를 회피하였다. 전기화학적 순환 테스트 결과, 리튬이 결핍하고 전해액이 유한적인 엄격조건에서 100회 순환 후 용량은 여전히 초기의 80% 이상을 유지하였다. 그러나 보호층이 없는 리튬금속전지의 50회 순환 후 용량은 초기의 40%로 감소되었다. 금속할로겐화물 페로브스카이트재료의 리튬금속 음극 계면 리튬전도층에의 최초 응용을 시도한 해당 연구는 신형 고체상태 전해질 설계 및 고성능 리튬금속전지 구축에 실현 가능한 아이디어를 제공하였다.

신장 타리무유전에서 억 톤급 석유가스전 발견

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중국은 타리무(塔里木) 분지 복부 초심층 석유가스 탐사에서 새로운 억 톤급 석유가스전을 발견했다. 신장(新疆) 아커쑤(阿克苏) 지역 사야현(沙雅县) 경내에 위치한 타리무유전 만선(满深) 1호정에서 10mm 노즐로 생산 테스트를 진행한 결과, 원유 일일 생산량은 624입방미터, 천연가스 일일 생산량은 371,000입방미터에 달했다. 만선 1호정의 중대 발견은 풍부한 석유가스를 함유한 구역급 단열대의 새로운 발견을 의미하며 타베이(塔北, 타리무 북부)-타중(塔中, 타리무 중부)을 연결한 전체 지역에 석유가 매장되었음을 입증한다. 새로 증가된 석유가스 자원량은 2.28억 톤에 달하며 석유가스 자원 잠재력이 거대하다. 만선 1호정은 타리무 유전이 타리무 강 남안의 새로운 탐사 구역에 배치한 주요 탐사 유정으로 타베이, 타중의 두 개 고봉기(Palaeohigh) 사이에 위치한 새들(Saddle)이다. 타리무 분지 탄산염 석유가스 매장량은 분지의 총 석유가스 자원의 약 38%를 차지하며 타리무 유전의 원유 매장량 증가와 생산량 증가를 위한 중요한 전략적 대체 영역이다. 현재, 타리무 유전은 이미 하라하탕(哈拉哈塘), 룬구(轮古), 타중 1호 등 7개 탄산염암 고효율 지역을 개발하였다. 2019년 석유가스 생산량은 370만 톤에 달하여 타베이-타중 지역 석유가스 생산량의 50%를 차지함으로써 타베이-타중 천만 톤급 석유가스 구역을 건설하기 위한 견고한 기반을 마련했다. 2019년에 타리무 유전은 석유가스 생산량 "3,000만 결승, 3,500만 돌파, 4,000만 조준"의 목표를 세웠다. 2020년에 예정대로 3,000만 톤급 석유가스전을 건설하고, "14차 5개년 계획" 기간에 생산량 3,500만 톤을 달성하며, 2030년 전에 4,000만 톤 이상에 도달할 계획이다. 향후 타리무유전은 쿠처(库车) 신구역, 타시난(塔西南) 산록, 타리무 분지 타이펀(台盆)구 심층 탄산염암 3대 영역을 중점 탐사 지역으로, 전략적 대체 영역 탐색을 가속화하고 쿠처 천연가스, 타베이-타중 원유 2대 근거지를 집중적으로 건설하며 쿠처 300억 입방미터급 가스구역, 타이펀구 1,000만 톤급 석유가스 구역을 건설함으로써 목표 이행을 추진할 예정이다.

항균 항생물부착 생체모방 다이아몬드 박막 개발

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중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 선진통합기술연구소 기능성박막재료연구센터 탕융빙(唐永炳) 연구팀과 생물의약기술연구소 인체조직·기관퇴행성연구센터 자오잉(趙穎) 연구팀은 공동으로 자가세정, 항균, 항생물부착, 내마모 및 내부식 특성을 보유한 신형 생체모방 멀티레벨 다이아몬드 기능막을 개발해 의료 방호 및 해양기기 오염방지에 해결방안을 제공하였다. 해당 성과는 "Robust Biomimetic Hierarchical Diamond Architecture with Self-cleaning, Antibacterial and Antibiofouling Surface"란 제목으로 "ACS Applied Materials & Interfaces"에 온라인으로 게재되었다. 미생물은 공공장소, 의료기계 및 해양 정밀기기에 부착해 세균 감염, 의료기계 고장, 해양기기 성능저하를 초래한다. 미생물의 부착을 억제하면 전염병의 전파를 차단할 수 있지만 기존 폴리머 등 항부착재료의 미흡한 기계적 성능, 낮은 화학적 안정성 등 결함으로 인해 항균 항생물부착의 내구성에 영향을 미친다. 다이아몬드는 내마모, 내부식, 생체적합성 등 장점이 있어 신형 항부착재료로 거듭날 전망이다. 연구팀은 다이아몬드 박막 제조 관련 선행 연구에 기반하고 자체적으로 개발한 단계적 결정이식(seeding) 기상증착법을 통해 식물 잎사귀 생체모방 구조를 보유한 초소수성(superhydrophobic) 마이크로나노급 다이아몬드 기능막을 성공적으로 구축하였다. 해당 기능막은 연꽃잎처럼 진흙탕에서도 깨끗함을 유지할 수 있는 자가세정, 항부착 기능을 구현함과 아울러 매우 높은 기계적 성능 및 화학적 안정성을 부여하였다. 생체모방 다이아몬드 박막은 비코팅 티타늄합금에 비해 대장균 부착을 99% 억제하며 해양환경에서 무도금막 티타늄합금 및 석영유리에 비해 녹조 부착을 95% 이상 감소시킨다. 이외 내마모 성능은 무도금막 티타늄합금의 20배 이상에 달한다. 해당 박막을 부식성 액체에 담구어 1개월 지난 후에도 물리화학적 성질은 변화하지 않으며 항균성도 그대로 유지한다. 현재 동 방법으로 티타늄합금, 실리콘, 석영유리 및 세라믹 등을 포함한 다양한 복잡 형태 상업용 생체모방 모재에서 생체모방 다이아몬드 박막 제조를 구현할 수 있다. 해당 박막은 항균 항생물부착 재료로서 첨단 의료장치 및 해양 정밀기기 분야에의 응용전망이 밝다.

최초로 2차원 산화물 박막에서 강자성 구현

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중국과학기술대학교 루야린(陸亞林) 연구팀은 레이저 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy) 기술을 이용하여 1개 단일 세포층 두께의 SrRuO3와 N개 단일 세포층 두께의 SrTiO3로 구성된 (SrRuO3)1/(SrTiO3)N 초격자를 제조함과 아울러 그 중 SrTiO3층의 단일 세포층 수 개변을 통해 SrRuO3 층의 자기 이방성을 조절할 수 있음을 발견하였다. 해당 성과는 「Correlation-driven eightfold magnetic anisotropy in a two-dimensional oxide monolayer」란 제목으로 "Science Advances"에 게재되었다. 연구팀은 실험을 통해 (SrRuO3)1/(SrTiO3)N 초격자의 강자성은 SrRuO3 단일 세포층에만 존재함을 검증한 다음 이방성 자기저항(magnetic resistance) 등 테스트를 통해 절연층 SrTiO3의 두께 N = 1, 2일 경우 단일 층 SrRuO3의 자화 용이축(easy axis of magnetization)은 방향을 따르며 SrTiO3층의 두께 N≥3일 경우 저온에서 단일 층 SrRuO3의 자화 용이축은 방향을 따르는 동시에 스핀이 미지의 71° 및 109° 반전을 구현할 수 있음을 발견하였다. 자기 이방성 변화의 메커니즘과 관련해 연구팀은 제1 원리 계산을 통해 (SrRuO3)1/(SrTiO3)N 초격자에서 SrTiO3의 두께 N이 1층에서 5층으로 변화됨에 따라 인접 SrRuO3층의 커플링이 감소되어 전자 상관 효과가 증강됨을 발견하였다. 결과적으로 SrTiO3의 두께가 3층 이상일 경우 SrRuO3 단층 중 4d 궤도 위 전자 구조가 변화되면서 에너지갭이 오픈되었다. SrRuO3 단일 층은 N = 1, 2 경우의 금속상태로부터 N≥3 경우의 반도체상태로 전환되었다. 더 중요한 것은 4d 궤도 위 전자의 재분포는 나아가 SrRuO3 단일 층의 스핀 궤도 상호작용에 영향을 미쳐 새로운 자기 이방성 발생을 야기하였다. 해당 연구는 최초로 전자 상관 효과 조절을 통해 2차원 산화물 박막에서 강자성을 구현하였고 또한 2차원 마그네틱 시스템에서 자기 이방성 조절을 달성함과 아울러 2차원 산화물 박막에서의 기타 신기한 물성 탐구를 위해 새로운 수단을 제공하였다.

고강도 고인성 변형 분포 강철 연구 성과 발표

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홍콩대학교 기계공학과의 황밍신(黄明欣) 연구팀은 중국파열중성자원(Chinese Spallation Neutron Source, CSNS)을 사용하여 고강도, 고인성 변형 분포 강철(D&P 강철) 연구에서 중대한 성과를 달성했다. 해당 성과는 "Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination"라는 제목으로 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 해당 논문은 "Science"에 발표된 첫 번째 CSNS 사용자의 실험성과이다. 양호한 성능을 보유한 저비용 합금 재료는 자동차, 항공 등 산업 발전의 기반이다. 그러나 재료의 강도(지지력)와 파괴인성(내파괴성)을 동시에 달성하기 어렵다. 연구팀은 CSNS 범용 분말 회절기(GPPD) 연구팀과 협력하여 일련의 샘플에 대해 체계적인 특성화 및 연구를 수행했다. 중성자 회절을 연구 수단으로 준안정 오스테나이트(Metastable austenite) 및 전위(Dislocation)가 저비용 D&P 강철 단열에서 수행하는 역할을 연구했다. 중성자 회절은 높은 침투력, 높은 해상도 및 무손상의 장점을 보유하기에 텍스처(Texture) 등 복잡한 재료의 조직 구조적 특성을 분석하는데 사용할 수 있다. 연구팀은 GPPD팀의 지원 하에 중성자 회절 스펙트럼을 통해 저비용 D&P 강철의 위상 부피 분율(phase volume fraction) 및 전위 밀도 등 중요한 미시적 매개변수 정보를 효과적으로 획득했다(그림 1). 그림 1: 초강도 강철의 중성자 회절 스펙트럼, CSPD의 GPPD 획득 연구팀은 GPPD 데이터 등을 바탕으로 창조적으로 높은 항복 강도 유발 입계 균열 및 강인화의 새로운 메커니즘을 제안하여 강도를 높이면 재료의 파괴 ​​인성이 감소된다는 기존의 인식을 뒤엎었다. 또한, 해당 메커니즘에 근거하여 매우 높은 항복 강도(~ 2GPa), 우수한 인성(102MPa·m1/2) 및 양호한 연성과 전성(19%의 균일 연신율)을 보유한 저비용 D&P 강철을 획득했다(그림 2). 그림 2: (A) 3차원 그래픽 모델, 샘플 로딩 방향과 D&P 강철 조직 구조 간의 관계 설명. (B) 엔지니어링 응력-변형 곡선. (C) J-적분 저항 곡선. D&P 강철의 결정상은 큰 왜곡, 결함, 선호도 등이 존재하며 중성자 회절 데이터에 대한 요구가 높다. GPPD의 높은 해상도와 양호한 회절 피크형은 연구에 필요한 데이터 품질을 보장한다. 아울러, GPPD는 선호도 등 요인이 데이터 분석에 미치는 영향을 제거하기 위해 해당 유형의 실험을 위한 회전 샘플 로드(Sample rod)를 특별히 설계했다. GPPD는 중국 파열 중성자원이 최초로 구축한 3대 분광기 중의 하나로서 2018년에 개방하여 운영한 이후 약 90개의 사용자 과제 연구를 순조롭게 완성하였으며 다수의 사용자 실험성과가 "Science", "Nature Communication", "Advanced Materials" 등 저널에 발표되었다.

세계 최대 적재량의 지능형 상용 선박 착공

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2020년 5월 15일, 중국이 자체 개발한 지능형 항행 시스템을 설치하고 적용한 첫 컨테이너선 "즈페이(智飞)"호 선박이 산둥(山东)성 칭다오(青岛)에서 조업을 시작했다. 총 길이가 117미터이고 중량은 5,000톤인 해당 선박은 2021년 6월에 완공될 예정이다. 현재 제조 중인 세계 최대 적재량의 "즈페이"호는 상하이자하오(佳豪)선박설계원이 설계하고 즈후이(智慧)항해칭다오과기유한회사(이하 즈후이항해회사)가 감리하며 칭다오조선공장유한회사에서 도급 맡았다. "즈페이"호는 국가중점개발계획 "선안(船岸) 협력에 기반한 선박 지능형 항행 및 제어 핵심 기술" 프로젝트 시리즈인 "즈페이"호 선박의 건조는 중국의 선박 지능형 항행을 위한 자체 기술 탐색 및 파악에 있어서 중요한 의미가 있다. "즈페이"호는 교통부 수상운수과학연구원, 즈후이항해회사 등 연구 기관과 기업이 자체 개발한 자율항행 시스템 및 중국선박중공그룹(中船重工) 제704연구소(이하 704연구소)가 개발한 대용량 직류 통합전력 추진 시스템을 채택한다. 또한, 수동 운전, 원격 조종 운전 및 무인 자율 항행의 3가지 주행 모드를 보유하며 항행 환경 지능형 감지와 인지, 자율 추적, 항선 자율 계획, 지능형 충돌 방지, 자동 정박과 이박 및 원격 운전을 달성할 수 있다. 5G 등 다중 네트워크, 다중 모드 통신 시스템을 통해 항구, 해상 운수, 해상 업무, 해상 보험 등 업무에 대한 지상 생산, 서비스, 조절 제어, 감독 등 기관 및 시설과의 협력을 달성할 수 있다. "즈페이"호는 발전기 세트 + 전원 배터리의 직렬형 하이브리드 솔루션을 통해 동력 시스템의 에너지 소비를 크게 최적화하고 "친환경" 및 "지능화"의 완벽한 통합을 달성한다. 704연구소와 즈후이항해회사는 2019년에 "즈텅(智腾)"호 무인자율항행 시스템 시험선 개발을 완성했으며 지속적인 해상 시험을 통해 대량의 기술성과를 달성했다. "즈페이"호는 대형 실험 선단 구축 계획의 첫 번째 선박이다. "즈페이"호는 칭다오 해상선박 지능형 항행시험장에서 체계적인 테스트를 수행하는 첫 번째 통합형 선박으로 중국이 지능형 선박을 제조하고 테스트 시스템을 구현하는 스마트 기능, 모듈, 시스템 및 전체 성능 안전 등 테스트 방법, 기술 표준 및 관리 방법을 구축하기 위한 기반을 마련할 예정이다. "즈페이"호는 2021년 상반기에 제조와 지능형 항행 시스템의 설치를 완료하고 하반기에 칭다오해상선박 지능항행 실험 테스트장에서 실제 선박 지능형 항행 테스트를 완료한 다음 본격 항행에 투입될 예정이다.

자연계에 존재하는 초임계 이산화탄소 최초로 발견

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중국과학원 해양연구소 및 해양거대과학연구센터 연구팀은 공동으로 서태평양 심해 열수 지역에서 초임계 이산화탄소를 발견하였다. 해당 자연계 최초의 초임계 이산화탄소 발견은 생명기원 연구에 새로운 시사점을 제공하였다. 해당 성과는 "Chinese Science Bulletin" 영문판 표지논문으로 게재되었다. "커쉐(科學)"호 과학탐사선의 2016년 심해 열수 항차에서 연구팀은 1,400m 심해 열수 지역에서 초임계 이산화탄소 함유 유체를 분출하는 열수분출공을 발견하였다. 온도와 압력이 각각 31℃, 7.3MPa를 초과할 경우 이산화탄소는 초임계 유체 위상상태로 존재한다. 초임계 이산화탄소는 기체상태 성질뿐만 아니라 액체상태 성질도 보유하기에 유기물을 빠르게 용해시킬 수 있다. 연구팀은 초임계 이산화탄소 함유 열수 유체에 대량 질소가 존재함을 발견하였다. 이외 열수 유체는 일부 미지의 유기화학물질을 함유한다. 분석 결과 심해 열수 지역의 초임계 이산화탄소 및 질소는 주변의 광물질과 결합하여 유기물 생성을 촉매함으로써 무기에서 유기로의 전환 과정을 실현하는 것으로 나타났다. 연구팀은 상기 연구 성과에 기반하여 새로운 지구 생명기원 가설을 제안하였다. 구체적으로 지구 초기 원시 대기에 100대기압을 초과하는 이산화탄소가 존재하였고 원시 해양이 형성된 후 해양과 대기 경계면에 초임계 이산화탄소층이 형성되어 대량 질소를 축적되었으며 해수 및 해수면 위에 노출된 암석의 광물과 결합되어 유기물 생성을 촉매함으로써 지구 초기 생명의 근원이 되었을 것이라는 설이다.

고차 위상 절연체 구현의 이론적 근거 제시

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중국과학기술대학교 허페이(合肥)마이크로스케일물질과학국가연구센터 차오전화(乔振华) 연구팀은 협력 기관과 공동으로 이론적으로 저차원 시스템 고차 위상 절연체를 예측하는 연구에서 획기적인 성과를 달성했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 위상 양자 시스템은 현시대 응집물질물리학에서 핫한 연구 분야이다. 최근, 대칭성과 재료 데이터베이스를 결합한 고플럭스 계산을 통해 수십 가지의 2차원 위상 절연체 재료가 발표되었다. 그 중, 대부분의 이미 발견된 재료 시스템은 상술한 두 가지 이론 모델로 효과적으로 설명할 수 있다. 위상 절연체 개념의 지속적인 보급에 따라, 2차원과 3차원 층상 재료 시스템에 광범위하게 존재하는 새로운 위상적 상(Topological phase)이 지속적으로 발견되었다. 최근의 이론적 연구는 위상적 상을 고차원으로 확장시켰다. N차원 고차 절연체의 N-1차원 경계는 여전히 절연되었지만 N-2차원의 가장자리 또는 모서리에는 위상의 보호를 받는 전자상태가 있다. 2차원 고차 위상 절연체에 있어서, 전자는 경계에서 전달될 수 없지만 두 변이 교차하는 모서리에서 제로 에너지의 전자상태가 나타날 수 있다. 그러나 이러한 2차원 고차 위성 절연체는 응집물질 시스템에서 아직 구현되지 않았다. 연구진은 1차에서 2차 위상 절연체 조종을 구현하는 새로운 방안을 제안하였다. 즉, 2차원 1차 위상 절연체에서 평면 내 자기 모멘트를 유도함으로써 2차원 2차 위상 절연체를 구현한다. 1차 위상 절연체는 시간 반전 대칭성 보호를 받지만 평면 내 자기 모멘트의 출현은 해당 대칭성을 파괴하여 위상 절연체를 평범하게 만든다. 아울러, 전도성 경계상태도 대칭성 파괴 때문에 절연되어 전도성을 상실하며 두개 절연 경계 교차점에서 제로 에너지 전자상태가 나타난다.

단일원자 촉매 히드로포르밀화 구역 선택성 조절

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중국과학원 다롄(大连)화학물리연구소 차오보타오(乔波涛)/장타오(张涛) 연구팀은 단일원자 촉매 히드로포르밀화(hydroformylation) 연구에서 최초로 반응 결합 방법으로 생성물의 구역 선택성을 조절하는 방법을 발견했다. 해당 방법은 아무런 리간드도 첨가하지 않는 조건에서, 수증기 변환 반응과의 결합을 통해 스티렌(styrene)을 높은 선택성으로 3-페닐프로판올(3-phenylpropanal)로 전화시킬 수 있으며 노말(normal)과 아이소(iso) 비율은 3:1에 달했다. 해당 성과는 "AngewandteChemie International Edition"에 게재되었다. 올레핀(olefin)과 합성가스의 히드로포르밀화 반응을 통한 알데히드(aldehydes) 정밀 화학물질 제조는 화학공업 생산에서 가장 중요한 균일 촉매 공정이다. 고전적인 히드로포르밀화 조건(수소가스를 수소공급원으로 사용)에서 사슬모양 올레핀과 비교하는 경우, 스티렌계 기저물질은 벤젠고리의 전자적 효과로 인해 히드로포르밀화 반응에서 분기 알데히드(branched aldehyde)를 생성하기 쉽다. 시스템에 더 복잡한 여러 자리 유기인 리간드를 첨가해야만 높은 구역 선택성의 선형 알데히드 생성물을 획득할 수 있다. 이러한 유기인 리간드는 높은 가격과 보다 복잡한 제조 공정 때문에 실제 응용을 제한한다. 따라서 스티렌계 기저물질에 대한 히드로포르밀화 반응의 구역 선택성을 제어하는 새로운 방법을 탐색하는 것은 매우 매력적이고 도전적이다. 연구팀은 Rh1/CeO2SAC를 촉매제로 할 경우 아무런 유기인 리간드를 첨가하지 않는 고전적 히드로포르밀화 조건에서 스티렌 히드로포르밀화의 노말과 아이소 비율이 ≤1임을 발견했다. CO, 물 및 스티렌을 출발물질(starting materials)로 사용하고 수증기 변환 현장 수소생성을 통해 수소를 공급할 경우, 생성물 알데히드의 노말과 아이소 비율은 3에 달할 수 있다. 연구팀은 일련의 대조 실험을 통해 상술한 현상은 수증기 변환으로 생성한 현장 수소가 반응 중간체의 안정적인 구조를 파괴시키고 아이소프로판올(isopropanol)을 선택적으로 생성하는 경향이 있는 반응 메커니즘을 억제하여 더 높은 노말과 아이소 비율을 초래하기 때문이라고 추정한다. 또한, CeO2 부하의 Rh 나노 촉매제를 상술한 일련의 촉매 시스템에 사용할 경우, Rh 단일원자 촉매제와 비교하여 생성물은 페닐프로판올 (phenylpropanol)이며 여전히 노말 생성물을 위주로 한다. 균일Rh(로듐) 촉매제는 촉매 수증기 변환 능력이 약하여 일련의 시스템에서 아주 낮은 활성을 나타낸다. 해당 연구는 히드로포르밀화 구역 선택성을 제어하기 위한 새로운 아이디어를 제공함과 아울러 다양한 균일 촉매 이질성을 위한 참조를 제공한다.

반사경에 의존하지 않는 단일 방향 복사 구현

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베이징대학교 정보과학기술대학 전자학부 펑차오(彭超) 연구팀은 미국 매사추세츠공과대학교, 펜실베이니아대학교 등의 연구팀과 공동으로 토폴로지광자학 관점에서 단일층 실리콘 기판 위에서 반사경에 의존하지 않는 방향성 복사를 구현하는 방법을 제안하였다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 단일 방향 복사는 대규모 광자집적 및 광자칩 개발의 핵심기술로서 고성능 격자결합기(grating coupler), 고에너지효율 레이저 및 레이저레이더 광학안테나 등에 광범위하게 응용된다. 기존 대부분 분산식 브래그 격자 반사경, 금속 반사경 등 거울면 반사를 통해 달성하지만 온칩 집적시 반사경 부피가 크고 구조가 복잡하며 가공이 어려울 뿐더러 부가적 소모 및 색분산을 동반하는 문제가 존재한다. 집적광자장치 연구에서 해결이 시급한 상기 핵심문제를 감안해 연구팀은 위상학적 전하(topological charge) 제어로부터 접근해 광자결정(photonic crystal) 평판에서 단일 방향 복사의 특수 공명상태 즉 단일 방향 복사 도파모드 공명상태를 구현하였다. 일차원 광자결정에서 경사 측벽을 통해 구조 수직적 대칭성 및 면내 대칭성을 동시에 파괴시킴으로써 시스템 중 연속영역 속박상태가 보유되는 정수 위상학적 전하를 한 쌍의 반정수(half integer) 위상학적 전하로 분열시킴과 아울러 평판 상하 양측 표면에 크기가 다른 복사를 형성한다. 이때 대칭성 파괴를 유지하는 한편 매개변수 조절을 통해 한쪽 표면의 짝을 이룬 반정수 위상학적 전하를 정수 위상학적 전하로 재합병함으로써 거울면에 의존하지 않는 1개 표면만 향하는 복사에너지의 단일 방향 복사 도파모드 공명상태를 형성한다. 연구팀은 자체적으로 개발한 경사 식각 공법으로 샘플을 제조하였다. 실험에서 관측한 비대칭 복사비는 27.7데시벨에 달했는데 이는 99.8% 이상의 광자에너지가 한쪽으로 방향성 복사되며 기존 설계에 비해 1~2개 수량급 향상된 것으로 단일 방향 복사 도파모드 공명상태의 유효성 및 우월성을 입증한다. 해당 기술은 온칩 광포트의 삽입 소모를 뚜렷이 줄이고 고밀도 광연결 및 광자칩 기술의 발전을 크게 촉진시킬 전망이다.