[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 국내 연구진이 기존 반도체 기술로는 불가능하다고 여겨졌던 ‘심자외선(Deep UV)’ 영역에서 고효율의 빛을 내는 신소재를 개발했다.

그동안 기술적 난제로 꼽혔던 발광 효율 문제를 해결함에 따라, 앞으로 병원이나 학교 등 사람이 있는 공간에서도 24시간 상시 방역이 가능한 시대가 열릴 것으로 보인다. 이번 연구는 단순한 위생 기술을 넘어 차세대 양자물질 설계의 새로운 이정표를 세웠다는 평가를 받는다.

과학기술정보통신부는 포항공과대학교(포스텍) 김종환 교수와 기초과학연구원(IBS) 조문호 단장 연구팀이 새로운 형태의 ‘모아레 양자우물’ 구조를 구현해, 기존 소재보다 심자외선 방출 효율을 20배나 높이는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

과기정통부 기초연구사업(중견연구)와 기초과학연구원 지원사업으로 수행한 이번 연구 성과는 이번 성과는 세계 최고 권위 학술지 ‘사이언스’에 게재됐다.

우리가 흔히 쓰는 LED 조명은 가시광선 영역을 이용한다. 최근에는 코로나19 등을 거치며 살균력이 강한 자외선 LED 개발이 활발하지만, 살균력이 가장 강력한 ‘심자외선(200~280nm)’ 영역은 효율이 1% 미만으로 급격히 떨어지는 고질적인 문제가 있었다.연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 종이처럼 얇은 원자층이 겹겹이 쌓인 ‘반데르발스 반도체’에 주목했다. 연구팀은 이 소재를 살짝 비틀어 쌓을 때 원자들 사이에 에너지를 강하게 가둘 수 있는 미세한 공간이 생긴다는 점을 발견하고, 이를 '모아레 양자우물'이라 이름 붙였다. 이 공간이 마치 전자를 가두는 '감옥' 역할을 해 빛을 훨씬 더 밝고 효율적으로 내뿜게 만드는 것이다.

"사람 있어도 안심"… 24시간 상시 방역 가능해진다

이번 기술이 특히 주목받는 이유는 '안전성' 때문이다. 현재 상용화된 자외선 살균기(260nm 대역)는 살균력은 좋지만 인체 피부나 눈에 닿으면 심각한 시력 손상 등을 유발해 가능한 한 사람이 없을 때만 제한적으로 사용해야 했다반면 이번에 개발된 200~230nm 사이의 심자외선 LED 소재는 바이러스는 완벽히 제거하면서도 사람의 피부 각질층은 통과하지 못한다. 즉 사람이 북적이는 병원, 학교, 지하철 등에서도 안심하고 24시간 내내 공기와 물체를 소독할 수 있는 '꿈의 방역'이 가능해지는 셈이다김종환 교수는 “반데르발스 물질에서 나타나는 고유한 모아레 양자물리 현상을 2차원에서 3차원 물질로 확장하는 개념적 전환”이라며 “이 연구는 향후 새로운 양자물질 설계와 차세대 광소자 개발의 출발점이 될 것”이라고 강조했다.구혁채 과기정통부 제1차관은 “김종환 교수는 과기정통부 기초연구 사업을 통해 지난 10년 간 한 분야를 꾸준하게 연구해 온 연구자”라며 “연구자들이 단기적인 성과에 연연하지 않고 장기간 연구에 몰입할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라고 말했다.연구팀은 향후 이 기술을 바탕으로 고효율 심자외선 광원 소자 개발과 다양한 차세대 양자 광소자 응용으로 연구를 확장할 계획이다.◎공감언론 뉴시스 [email protected]

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