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“톈옌”으로 쌍성펄서계 최초로 발견

2020년 3월 27일, 중국과학원 국가천문대 박사연구생 왕린(王琳)/펑보(彭勃) 연구팀은 맨체스터대학교(The University of Manchester) Benjamin W. Stappers 연구팀 등과 공동으로 중국 톈옌(天眼)으로 불리는 직경 500미터 구면 전파망원경(FAST)으로 헤라클레스자리 구상성단(M13)에서 쌍성펄서계를 발견함과 아울러 펄서 타이밍 관측을 통해 해당 쌍성계는 1개의 펄서와 1개의 백색왜성으로 구성되었음을 입증했다. 이는 FAST에 의해 발견된 첫 쌍성펄서계이며 또한FAST에 의한 첫 펄서 타이밍 관측 연구 성과이다. 해당 성과는 "The Astrophysical Journal Letters(ApJ)"에 게재됐다. 2017년 12월부터 2019년 9월까지, 왕린 등은 FAST 초광대역 수신기로 1라운드 관측, 다중빔 수신기로 24라운드 관측 등 누계로 약 31시간 동안 관측을 수행하여 M13 에서 쌍성계에 위치한 밀리초 펄서 M13F를 발견했다, 또한 해당 성단(Star cluster) 중의 다른 1개 펄서 M13E가 식쌍성임을 입증한 한편 최초로 M13에서 M13F를 포함한 4개의 쌍성펄서계의 궤도 타원율을 측정함과 아울러 M13에서 현재까지 발견된 펄서의 세계에서 가장 좋은 타이밍 결과를 획득하였다. 이는 FAST가 구성성단에 대한 최초의 고감도 펄서 탐색 및 타이밍 결과로서 FAST의 흐릿한 미약 신호 펄서 탐사 능력을 보여줌과 아울러 구상성단 M13 중의 펄서 성질 및 분포 연구 공백을 메웠다. M13F 펄서는 두 가지 특성을 보유하고 있다. 1) 밀리초 펄서인 M13F는 밀리초 펄서이며 자전주기가 3밀리초이고 또한 M13 중에서 자전속도가 2번째로 빠른 펄서이다. 2) M13F 펄서는 쌍성계에 위치하여 있고 질량 하한이 태양 질량의 약 0.13배에 달하는 백색왜성과 상호 공전하면서 쌍성계를 형성하며 공전 주기는 1.4일이다. 해당 두 가지 특성은 주로 구상성단의 독특한 환경에 의해 초래된 것이며 향후 FAST로 M13에 대한 지속적인 장기간의 타이밍 관측을 수행하여 저밀도 구상성단 중 펄서의 진화과정을 규명할 필요성이 있다. 이번 첫 쌍성펄서계 발견을 통해 FAST는 알려지지 않은 쌍성펄서 발견 능력을 보유하고 있을 뿐만 아니라 기타 망원경에 비하여 더욱 우수하게 관측할 수 있음을 입증했다. 연구팀은 향후 지속적으로 FAST를 이용하여 더욱 많은 구상성단 펄서에 관한 연구를 수행하고 현재까지 발견하지 못한 펄서-블랙홀 쌍성 등 더욱 극한 조건의 쌍성계를 발견할 전망이다. 구상성단은 대량의 중력에 의해 구속된 항성으로 구성되고 대부분 은하헤일로에 존재하며 전파 펄서(Radio pulsar) 특히 밀리초 펄서 "생산 공장"으로 각광받고 있다. 현재 약 30개 구상성단에서 이미 157개 펄서가 발견됐는데 90% 이상이 밀리초 펄서이고 약 60%가 쌍성계에 위치하며 해당 비율은 은하원반 중의 펄서에 비하여 훨씬 높다. 이번 FAST에 의한 M13F 발견은 구상성단 펄서 샘플을 더한층 풍부히 하고 치밀한 천체 진화 연구를 추진할 전망이다. 2020년 1월, FAST는 순조롭게 국가 검수에 통과되어 오픈 운영에 돌입했으며 현재까지 "우주 등대"로 불리는 펄서를 114개 발견함과 아울러 검증했다. FAST는 펄서 시간측정 어레이, 드리프트 스캔(Drift-scan) 다학제 목표 전천탐사 등 과학관측 프로젝트를 지속적으로 가동하여 과학성과 창출 단계에 진입하고 있다.

환경위성 발사 성공, 한 로켓으로 위성 3개 동시발사

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2012년 11월 19일 새벽 6시 53분, 타이웬(太原)위성발사센터에서 창정2C로켓은 일전삼성(一箭三星, 하나의 로켓으로 3개의 위성을 발사)방식으로 환경1호 C위성을 예정된 궤도로 쏘아 올렸으며, 또한 신기술 검증 위성과 펑냐오(蜂鸟) 시험하중을 탑재 발사했다. 환경1호 C위성은 합성개구(open)레이더위성으로서 2008년 9월 발사된 환경1호 A 및 B 위성과 함께 환경 및 재해 모니터링 예보 소위성 성좌(星座)를 구성하여 중국 대부분 지역의 재해 및 환경 상황을 모니터링 예보하는 능력을 형성할 예정이다. 환경 및 재해 모니터링 예보 소위성 성좌는 2003년 국무원이 프로젝트 입안을 허가하여 연구개발한 위성응용시스템이며, 광학 소위성(A와 B 위성)과 합성개구레이더 소위성(C위성)으로 구성되었다. 광학, 적외선, 초분광, 마이크로웨이브 등 다양한 탐사방법을 확보하고, 생태환경과 재해에 대한 24시간 전천후의 대규모 모니터링에 활용되며, 생태환경 및 재해의 발생과 발전 과정을 적시에 반영한다. 생태환경과 재해발전 변화추세를 예측하고, 재해상황을 조속히 평가하여 긴급구호, 재해 후의 재건설사업을 위한 과학적 근거를 제공한다. 환경1호 C위성은 중국항천과기집단공사 산하 중국우주기술연구원이 연구개발 및 생산을 책임지고, 위성지상시스템은 중국자원위성응용센터와 중국과학원 지구관측 및 디지털지구과학센터가 연구개발 및 구축을 책임졌다. 재해감소응용시스템과 환경응용시스템은 각각 민정부 국가재해감소센터와 환경보호부 위성환경응용센터에서 연구개발 및 구축을 책임지고 있다. 이번에 탑재 발사한 신기술검증 위성과 펑냐오 시험하중은 신형 우주부품, 설비, 재료, 방법, 마이크로위성(microsatellite) 플랫폼 등에 대한 궤도 검증시험에 주로 활용을 하고 있다. 창정2C로켓은 중국항천과기집단공사 산하 중국로켓기술연구원이 제작했다.

과기부, 창어1호위성 데이터응용 및 연구성과 공개

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달탐사 데이터의 과학정보를 심층적으로 찾고, 중국 달탐사의 혁신적인 연구를 추진하고자 제11차 5개년 863계획 지구관측 및 내비게이션 분야 중점프로젝트 ‘달 궤도비행 탐사공정 과학데이터 응용 및 연구’는 ‘창어1호’위성 데이터를 활용하여 최근 2년간의 연구를 통해 일부의 혁신적인 과학성과를 거두었으며, 부분적인 성과는 국제과학계의 높은 관심을 불러일으켰다. 동 프로젝트는 달의 전형적인 지역인 ‘시누스 이리둠(Sinus Iridum)-비의 바다(Mare Imbrium)’지역을 핵심연구지역으로 선정하고, 창어1호가 획득한 과학데이터를 활용하여 달 마이크로파 탐사데이터 처리 및 달 표면토질 두께 반전, 레이저 고도계 3선 어레이 CCD 입체영상 촬영 측정, 점확산 함수 기반의 CCD 입체영상 초해상도 재건, 달 지형 지도제작, 달 표면물질 성분 반전, 근월(近月) 공간 입자 방사선 환경 모델 및 가시화 등 10여 개 핵심기술과 방법 연구사업을 진행했다. 이에 따라 중국의 첫 달 지질도와 백지도 제작을 수행했고, 최초로 달 전체 낮과 밤의 마이크로파 이미지(microwave image)를 획득했으며, 달 용암바다 결정연령이 39.2억년이고 달 동해분지가 경사충격으로 형성되었다는 신규 관점을 제시한 한편, 수준 높은 첫 고정밀도 달 중력장 모델을 구축했다. 창어1호가 탑재한 마이크로파 탐측기는 세계 최초로 4개 주파수에서 달의 정오와 자정의 광도와 온도를 획득하고, 달 전체 마이크로파 이미지를 도출해냈다. 이 성과는 2010년 유럽 행성과학 대회에 의해 최고 과학전파 자료로 선정되었으며, <세계 첫 달 마이크로파 이미지>를 주제로 대회 신문공고를 발표해 세계 과학계에 중국 달탐사공정의 과학성과를 소개했다. 이에 따라 미국, 인도, 영국 등 세계 과학언론의 큰 주목을 모았으며, 미국 항공우주국(NASA)의 공식 웹사이트와 Science Daily 등의 높은 평가를 받았다.

첫 레이더 시뮬레이션 테스트 시스템 구축

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최근 중국의 첫 레이더 네트워크 구성과 듀얼/멀티 기지 레이더 시스템의 시뮬레이션 테스트 시스템이 중국항천과기집단공사 제1연구원 제14연구소에 구축되었다. 14개 중점실험실과 난징창펑(南京长峰)우주전자기술유한공사, 국방과기대학 전자과학 및 공정단과대학이 공동 설계 및 개발한 이 시스템은 전자설비 성능평가에 주로 활용되어 전자설비 연구개발을 위해 테스트 환경을 제공한다. 시스템은 현재 오류수정 테스트 중이다.

우주제510연구소, 궤도 운행 우주선 비파괴검사 기술 개발

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최근 중국항천과기집단공사 제5연구원 제510연구소가 연구개발한 궤도 운행 우주선의 비파괴검사 장치는 지상 시험검증을 수행했다. 제품의 작동상황은 안정적이었으며 성능지표는 모두 설계요구에 부합되었다. 이는 중국의 궤도 운행 우주선 비파괴검사 기술의 획기적인 성과로서 우주응용 여건이 갖추어졌음을 의미한다. 이 장치는 후속 달탐사 임무에 응용될 예정이다. 탐측기가 달 표면에 착륙한 후, 이 장치는 전면적인 기초 데이터를 수집하여 “창어”가 착륙에 의한 충격으로 파괴되지 않았는지의 여부를 연구자에게 제공한다. 제510연구소는 4개월의 노력으로 공정 시제품을 개발했으며, 여러 차례의 시뮬레이션 시험 결과, 제품 성능이 안정적이고 신뢰성이 높아 설계요구에 부합되었다. 이 장치는 부피가 작고 무게가 가벼우며 전력소비가 낮아 큰 충격력을 감당할 수 있다. 궤도 운행 우주선 비파괴검사 기술의 개발 및 응용은 중국 심우주 탐사기술 수준의 향상을 지원할 것으로 보인다. 이 기술은 시장응용 전망이 밝으며, 항공기 구조 비파괴 검사측정 및 수명 평가, 교량구조 유지보호 및 수명 평가, 원자력발전소 검사 및 평가, 철도 레일 정기검사 등에서 모두 큰 발전 잠재력이 있다.

바이오매스 12시간만에 옷감으로 변신

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우한(武漢)대학의 장리나(張俐娜) 교수팀이 가장 보편적이고 경제적인 수산화나트륨과 요소의 수용액을 섬유소용제로 사용, -12℃의 온도조건에서 25분 내에 섬유소를 신속하게 용해시켜 투명한 용액을 만든 후, 이로부터 신형의 재생가능섬유소 실을 생산하였는데, 전체의 생산주기는 12시간 밖에 안되었다. 이런 신형의 저온용해기술은 전통적인 가열방법을 대체하였을 뿐만 아니라, 휘발물질이 생성되지 않고, 폐액의 회수가 용이하며, 요소의 순환사용도 가능하다. 3월 29일 장교수는 상기 성과로 211년도「Anselme Payen Award」상을 수상하였다. 중국인 최초로 받은 이 상은 섬유소 및 재생가능자원 소재 분야의 국제 최고상으로 알려지고 있다. 인공섬유는 방직업의 중요한 원자재이다. 바이오매스를 이용해 섬유를 생산하려면 먼저 섬유소를 용해시켜야 한다. 전통적인 고온용해법의 경우, 섬유소를 수산화나트륨과 이황화탄소 용액에 넣고 가열처리 해야 하는데, 수십 시간이 지나야만 용해가 가능하고, 전체 섬유생산 주기는 1주일 정도 소요된다. 게다가 이황화유황은 오염이 높은 원료로서 회수도 어렵다. 장교수팀은 저온 조건에서 대분자와 용제가 자체조립을 통해 새로운 수소결합유도체를 형성함으로써 용해과정을 촉진시킨다는 것을 발견한 후, 바이오매스를 토대로 하는 새로운 기능의 소재와 생물분해가능소재를 개발하고, 미세구조가 소재의 거시성능과 기능에 미치는 영향까지 파악하였다. 연구팀은 현재 저온용해 섬유소의 방사를 위한 그린 공업화 실험을 기본적으로 완성하였다.   「Anselme Payen Award」심사위원회는 장교수가 개발한 그린용제 저온용해의 이론과 기술은 재생가능자원 소재 분야의 획기적인 성과라고 높게 평가하였다.

p53 인자가 포도당의 대사를 조절하는 새로운 경로 발견

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중국과학기술대학 생명공학학부의 오면(吳緬) 교수와 미국 펜실베이니아대학 의학부의 양소로(楊小魯) 교수가 공동연구를 통해 p53 종양억제인자가 G6PD(glucose-6-phosphate dehydrogenase)의 활성을 직접 억제하는 방법으로 세포의 생물합성을 조절한다는 것을 발견하였다. 암 치료에 중요한 잠재적 가치가 있는 이 성과는 최근 세계적인 학술지《NatureCellBiology》에 등재되었다. p53은 지금까지 발견한 세포 가운데 가장 중요한 종양억제인자에 속하는데, 인류 50% 이상의 종양세포에서 해당 인자의 결실 또는 돌연변이가 확인되었다. 최근 들어 연구자들은 p53 인자가 세포대사 특히 포도당의 대사과정에 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다. 오면 교수와 양소로 교수 연구팀은 p53 인자가 세포의 한 포도당대사 경로, 다시 말해서 오탄당인산(pentose phosphate) 경로의 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다. 이들은 실험을 통해 p53 인자가 오탄당인산 경로에서 선두로 반응하는 핵심효소 G6PD와 결합해서 그의 활성을 억제시킨다는 것을 입증하였다. 세포가 정상적인 상태일 경우, p53인자가 위 대사의 진행을 억제시키기 때문에 세포 가운데 포도당은 주로 효소분해와 트리카르복시산(tricarboxylic acid)의 순환에 참여해서 세포의 생장에 필요한 에너지를 생성하게 된다. 그러나 p53 인자에 돌연변이 또는 결실이 발생하면 G6PD과의 결합능력과 해당 효소에 대한 제어력을 상실하게 되고, p53의 제어를 받아오던 오탄당인산(pentose phosphate) 경로는 활성을 되찾게 된다. 이렇게 되면 대량의 포도당이 위 대사에서 소모되기 때문에 세포의 생장에 필요한 에너지를 생성할 수 없게 되고, 반면 이 과정에 대량 생성되는 환원제와 펜타오스(pentaose)가 종양세포의 급속한 생장을 촉진하게 된다. 이 연구는 또 최초로 p53 인자가 유전자전사 활성 외에도 촉매기능을 보유해서 G6PD의 활성을 억제시킨다는 것을 발견하였다. 이 성과는 약물작용의 위치를 정확하게 선택해서 오탄당인산의 경로를 간섭하는 방법으로 새로운 종양치료 방법을 개발할 수 있다는 것을 뜻한다고 오면 교수가 전하였다.

비중국계 외국인 수석과학자 줄기세포분야에서 최초로 배출

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중국은 지금까지 비중국계 외국인을 국가중대과학연구프로젝트의 수석과학자로 두지 않았다. 그러나 의학분야에서 이 관례를 먼저 깼다. 최근 스페인에서 온 비중국계 과학자 Miguel Angel Esteban 박사가「줄기세포」중대과학연구프로젝트의 수석과학자를 맡았다. 중국과학원 광저우바이오의약/건강연구원(廣州生物醫藥與健康硏究院)이 리더하는 2건의 중대과학연구프로젝트가 2010년 12월 18일 정식 가동되었는데, 그중「서로 다른 조직과 질병의 소스인 IPS(유도전능성 줄기세포)의 전능성 차별과 그 조절의 분자메커니즘 연구」프로젝트의 수석과학자가 바로 Esteban 박사이었다. 그는 향후 중국의학과학원(中國醫學科學院), 상하이제2군의대학(上海第2軍醫大學) 등 연구기관의 과학자들과 공동으로 분자 차원에서 IPS 세포의 유도메커니즘을 심층적으로 연구함으로써 임상응용을 위한 기반을 마련할 예정이다. 이 프로젝트의 5년 동안 지원경비는 2,800만 위안의 규모인 것으로 알려지고 있다. 이로써 중국의 기초과학 분야 중대프로젝트에 최초의 비중국계 외국인 수석과학자가 탄생하게 되었다. 광저우, 베이징, 상하이는 중국의 3대 줄기세포연구기지인데, 그중 광저우의 IPS 세포 연구가 세계 선진수준에 이른 것으로 평가받고 있다. 배아줄기세포의 윤리적 논쟁이 끊이지 않는 상황에서 IPS 세포는 재생의학 분야의 새로운 연구초점이 되었다. 이번 광저우바이오의약/건강연구원이 착수한 다른 한 중대과학연구프로젝트는「발육 및 생식의 중요한 포유동물모델 구축」인데, 선진국의 기존 연구모델인 작은 쥐 대신 인체재생기관의 응용에 더욱 적합한 돼지를 연구모델로 하였다. 이 또한 중국이 줄기세포 연구 분야에서 더욱 많은 핵심기술을 확보할 수 있는 계기가 될 것이다. 2006년 이래 중국은《국가중장기과학기술발전 요강》에 근거해서 16건의 중대과학기술전문프로젝트와「줄기세포」등 6건의 중대 과학연구프로젝트를 잇달아 실시하였는데, 위 두 프로젝트는 2010년에 신규 착수한 줄기세포 중대과학연구프로젝트이다. * Esteban 박사 - 영국의 IC(Imperial College) 대학에서 5년의 박사후과정 졸업 - 2008년 1월 광저우바이오의약/건강연구원의 풀타임 연구원으로 고용 - 나이 40세

간암의 바이오치료를 위한 새로운 방법 제기

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제2군사대학 면역학연구소 소장 겸 의학면역학 국가중점실험실 주임인 초우쉐타오(曺雪濤) 원사가 리더한 간암의 바이오치료 관련 연구성과가 세계적인 학술지《Cancer Cell》에 등재되었다. microRNA는 21~23개의 염기로 구성된 단일체인의 소분자 RNA로서 암을 포함한 다양한 질병의 발생 및 진행 메커니즘과 연관되어 있으며, 최근 들어 바이오의학계의 연구초점을 형성하였다. 11차 5개년 계획기간 중대전문프로젝트의 지원하에서 초우쉐타오 원사 연구팀이 칭화(淸華)대학 의학원, 저쟝대학 면역연구소, 상하이둥팡(東方)간담외과병원, 상하이창정(長征)병원, 푸단대학 부속 중산(中山)병원, 광시(廣西)종양병원, 중산대학 생명과학원, 화다(華大)유전자, 국가질병제어센터 등의 연구기관과 공동으로 microRNA 연구를 추진하였다. 과학자들은 심층적인 서열측정기술을 통해 인간의 정상적인 간장, 바이러스성 간염 간장, 간경화 간장 및 간암 간장 조직의 microRNA 데이터를 수집한 후, 바이오정보기술을 이용해서 간암 간장과 정상적인 간장의 microRNA 차별을 분석하였다. 그 결과 정상적인 간장에서 대량 발현되는 microRNA-199가 간암 간장 속에서는 히스톤 메틸화(histone methylation)의 변화로 인해 그 발현수준이 현저하게 저감하였다. 간암 환자를 대상으로 한 임상연구에서는 microRNA-199의 발현수준이 간암 환자의 생존기간과도 긴밀하게 연관된다는 것이 입증되었다. microRNA-199가 간암 인산화효소(kinase)의 활성을 억제해서 궁극적으로 간암 세포의 생장을 억제한다는 연구결과가 나왔다. 바이러스 매개체를 이용해서 microRNA-199 유전자 치료를 실시하니 간암을 앓고 있는 실험쥐의 생존기간이 뚜렷하게 연장되었다. 이로부터 과학자들은 microRNA-199가 간암의 예방과 치료를 위한 새로운 잠재적 타깃이 될 수 있다고 판단하였다.

전이금속원소 기반의 2차원 원자결정재료 제조방법

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중국과학원 물리연구소의 가오훙쥔(高鴻鈞) 연구원이 이끄는 연구팀은 세계 최초로 하프늄 알켄 2차원 벌집모양의 원자 결정체 제조방법을 개발하였다고 밝혔다. 이에 따라 비탄소원소의 그래핀과 유사한 2차원 벌집모양구조를 개발하기 위한 중요한 기반을 다져놓았다. 관련 연구성과는 최근에 출판된 「Nano Letters」에 발표되었고, 「Nature China」과 「Nature nanotechnology」에 의해서도 연구 하이라이트로 보도되었다. 그래핀의 탁월한 특성은 벌집모양 결정격자에서의 입자 터널링에서 기인한 것이다. 최근 몇 년간 그래핀에 대한 연구가 활발히 이루어지면서 기타 2차원 벌집모양 재료가 주목받게 되었다. 이에 앞서 가오훙쥔 연구팀은 이리듐(111) 기판 상에서 실릴렌(Silylene)을 제작하는데 성공하였고, 세계적으로 보고된 실릴렌을 제조하는 3가지 방법중 하나가 되었다. 하지만 기존의 보고된 단층 2차원 벌집모양의 재료를 보면, 이들 재료는 원소주기율표중 탄소나 실리콘 등과 같은 p구역 원소로 구성된 것임을 알 수 있다. 전이원소 2차원 벌집모양구조를 개발하면 전이원소의 전자, 스핀과 촉매특성을 연구하는데 중요한 의의를 지닌다. 특히 전이금속원소 가운데 하프늄 원소는 현재 반도체 과학기술 분야에서 가장 중요한 원소로서, 그래핀과 유사한 구조를 지니고 있기 때문에 미래 전자학을 연구하는데 극히 중요한 의의를 지닌다. 하지만 d전자 전이금속 원소의 홑원소 물질(simple substance)로 구성된 2차원 벌집모양 구조에 대한 연구는 지금까지 보고된 적 없다. 연구팀은 분자빔 애피텍셜 생장방법을 이용해 d전자 전이금속원소의 단층 평면 2차원 벌집모양구조를 획득했다. 실험을 통해 관찰한 결과, 이리듐(111) 기판표면에서 하프늄원자는 2차원 벌집모양 결정격자를 형성한데 이어 인접한 하프늄 원자의 간격 및 바디모양(Body shape) 하프늄 내부의 원자간격과 매우 접근하고 있음을 발견하였다. 이 연구결과는 2차원 벌집모양 구조가 탄소나 실리콘과 같은 p구역 원소로만 구성되어야 한다는 기존 인식의 한계를 뛰어넘었다. 연구팀은 실험결과에 대해 이론계산과 모사과정을 거친 결과, 원소주기율표중의 d구역 원소로 구성된 2차원 결정체 재료의 기하학과 결합 구조가 그래핀과 유사하다는 점을 발견하였다. 따라서 d전자 올레핀 혹은 금속 올레핀 - 하프늄 알켄으로 불린다. 이러한 d전자 금속원소로 구성된 2차원 벌집모양구조는 그래핀보다 스핀 궤도 결합이 훨씬 강하기 때문에, 2차원 체계의 새로운 양자현상과 전자행위를 연구하는데 전혀 새로운 기반을 제공하였다.

중국, 1,000톤급 ‘해저 용궁’ 구축 예정

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최근 중국선박중공업집단공사(CSIC)가 연구개발을 담당한 중국 첫 실험형 심해 모바일 워크스테이션이 총 조립을 수행하고 조만간 수중시험을 전개할 예정이다. 이 모바일 워크스테이션은 10년간 연구를 거쳐 유인잠수선 ‘교룡(蛟龙)호’와 같이 심해 비밀을 밝히는 예리한 무기로 자리잡았다. ‘교룡호’를 선저우(神舟)우주선이라 할 경우 실험형 심해 모바일 워크스테이션은 실험용 우주정거장인 톈궁(天宫) 1호에 해당되며, 중국의 미래 심해 ‘우주정거장’의 초기형태이기도 하다. 현재 모바일 워크스테이션은 오류수정을 진행 중이며, 조만간 수중시험에 나설 계획이다. 첫 실험형 심해 모바일 워크스테이션은 중량이 35톤, 해저 작업시간은 12-18시간으로 6인 탑승이 가능하다. 앞으로 중국은 300톤급 중형모바일 워크스테이션 그리고 1,500톤과 2,500톤의 심해 모바일 워크스테이션을 제작할 예정이다. 미래 모바일 워크스테이션은 해저에서 작업시간이 길어지고 범위도 더 넓어질 수 있을 뿐만 아니라 운반플랫폼처럼 다양한 종류의 심해 로봇까지 갖추어 보다 많은 심해 과학실험연구가 가능하다. 중국은 미국, 프랑스, 러시아, 일본에 이어 세계 5번째로 수심 3,500m 이상의 유인 잠수기술을 확보한 국가이다. 중국의 ‘교룡호’가 유인 잠수 깊이 7,062m의 세계기록을 유지하고 있으며, 심해 모바일 워크스테이션은 향후 세계 심해 과학연구 발전의 주요방향이다.

중국과학자, 금속에서 초경도 초고안정성 나노층상 구조 발견

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중국과학원 금속연구소 심양재료과학 국가(연합)실험실 루커(卢柯) 연구진이 금속에서 초경도 초고안정성 금속나노층 구조를 발견하였다. 연구진은 자체 개발한 소성변형 신기술을 이용해 금속 니켈표층에서 결정입자 사이즈의 한계를 극복하고 나노두께의 작은 각도 결정입계 구조를 획득하였으며, 나노층 구조의 초고경도와 열안정성을 발견하였다. 이러한 나노구조는 전통 금속재료의 강도-안정성이 반비례하는 일반적인 차원에서 벗어난 것으로, 차세대 종합성능의 나노금속재료를 개발하기 위한 새로운 경로를 개척하였다. 관련 연구성과는 2013년 10월 18일에 출판된 「사이언스」지에 발표되었다. 금속재료 소성변형이 강하게 진행되면 미세조직 미세화가 뚜렷해지며, 결정입자가 서브미크론(0.1~1) 사이즈로 미세해지기 때문에 강도가 크게 높아진다. 하지만 소성변형을 계속해서 진행한다해도 입자가 더 이상 미세해지지 않고 재료 미세구조가 안정상태에 도달하기 때문에, 극한 결정입자 사이즈에 도달하면서 3차원 등축모양의 초미세구조를 형성하며 절대다수의 결정입계가 큰 각 결정입계가 된다. 어떻게 하면 이러한 결정입자 사이즈의 한계를 극복하고 미세조직을 한층 더 미세화시켜 금속재료의 강도를 지속적으로 높이는 동시에 그 구조의 안정성을 높이는가는 현재 나노금속재료연구에 당면한 중요한 과학난제이다. 연구결과, 소성변형과정에서 변형속도와 변형기울기를 높이면 전위 증가(dislocation multiplication)와 스토리지 전위밀도를 효과적으로 높일 수 있기 때문에 입자의 미세화 과정을 촉진한다. 따라서 루커 연구팀은 표면기계적 연마처리를 통해 순금속니켈 봉 표층에서 고속 전단 소성변형을 실현하였는데, 이러한 소성변형은 재료의 제일 바깥표층에서 동시에 큰 변형량, 높은 변형률 속도와 높은 변형 기울기를 획득할 수 있다. 표면에서 심도가 증가함에 따라 변형량, 변형률 속도와 변형 기울기가 줄어들면서 경사지게 분포된 미세구조를 형성한다. 나노사이즈의 층상두께는 초고밀도의 본질적인 원인이며 고열안정성은 그중의 평평한 작은 각 결정입계와 강한 변형조직구조에서 기인한다. 이러한 새로운 초경도 초고안정성 금속나노구조가 공정재료에서 응용되면 그 내마모성과 피로성능을 높이는데 크게 기여할 것으로 전망된다.

중국과학자, 그래핀보다 성능이 탁월한 나노포토닉스재료 연구

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최근 중국과학원 상해광학정밀기계연구소 강레이저재료 중점실험실의 왕쥔(王俊)연구원이 이끄는 연구팀과 외국 방문학자 Werner Blau 교수가 협력 연구를 통해 세계 최초로 그래핀보다 훨씬 뛰어난 MoS2나노재료의 초고속 포화흡수성능을 발견하여 학계의 주목을 받고 있다. 이 창의적인 연구성과는 “Ultrafast Saturable Absorption of Two-Dimensional MoS2 Nanosheets”제목으로 학술지 「ACS Nano」지에 발표되었다. 그래핀에 대한 연구가 본격적으로 추진됨에 따라 MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2와 같은 천이금속 황화물 2차원 나노재료가 차세대 고성능 나노 광전기부품의 첨단기술 연구분야의 핵심재료로 각광받게 되었다. 하지만 광폭 에너지갭(large energy gap) 직접 띠-간격(direct band gap) 반도체 2차원 나노칩의 초고속 비선형 광학성질 및 상응한 광자 부품에 대한 연구는 지금까지 보고된 바 없었다. 고성능 포토닉스 부품 개발은 현대 광정보기술발전의 핵심과제이며, 다양한 포토닉스 부품에는 뛰어난 초고속 비선형 포토닉스 성능을 지닌 재료를 필요로 한다. 따라서 잠재력을 지닌 기능성 포토닉스재료에 대한 초고속 비선형 포토닉스 특성을 심층적으로 연구하는 것이 포토닉스 분야에서 필수 과제가 되었고, 광자정보부품과 기술발전의 원동력이 되었다. 연구팀은 액상 박리기술(The liquid phase stripping technology)을 이용해 고품질의 MoS2나노시트 분산액을 제조했다. TEM, 기시광선-적외선 흡수광 분석, 라만스펙트럼, 원자력 현미경으로 분석한 결과, 분산액에 대량의 고품질 MoS2 나노시트 층이 존재하는 것으로 나타났다. 초고속 비선형 광학실험을 통해, MoS2나노시트가 100fs, 800nm 근적외선 레이저펄스에 대해 그래핀보다 훨씬 탁월한 포화흡수반응을 나타냄을 입증하였다(그림 참조). 이 연구결과는 MoS2를 대표로 하는 천이금속 황화물 2차원 나노반도체재료가 초단펄스 모드 로커(mode locker), 레이저 방호광 진폭 제한기(limiter) 및 광스위치 등 포토닉스 부품 개발 분야에서 거대한 잠재력을 지님을 시사해준다. 지금까지 이와 유사한 유형의 광폭 에너지 갭 직접 띠-간격 반도체 2차원 나노시트에 대한 초고속 비선형 포토닉스 특성 및 상응한 광자 부품에 대한 학술논문이 보고된 바 없다.