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[IT뉴스]英 물리학회 '노벨상 컬렉션' 첫 논문 韓 연구진이 주도

온카뱅크관리자

2026-11-11 11:37:24

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 채동훈 한국표준과학연구원 책임연구원…그래핀 표준기술 집대성 
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 <img alt="한국표준과학연구원(KRISS) 연구진이 그래핀 양자저항표준 소자를 측정 장치에 장착하고 있다. 왼쪽부터 채동훈 책임연구원, 수야시라이 박사후연구원. 표준연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112723180awds.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Qjd6lFb0ii" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112723180awds.jpg" width="658">
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 한국표준과학연구원(KRISS) 연구진이 그래핀 양자저항표준 소자를 측정 장치에 장착하고 있다. 왼쪽부터 채동훈 책임연구원, 수야시라이 박사후연구원. 표준연 제공
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 영국물리학회가 노벨상과 관련된 측정기술을 조명하기 위해 기획한 특별 논문 모음집인 '노벨상 컬렉션'의 첫 번째 논문을 한국 연구자가 주도해 집필했다. 그래핀을 실제 국가표준 측정에 활용하기까지 15년간 축적된 연구 성과를 집대성했다.
 한국표준과학연구원(KRISS)은 채동훈 양자전기자기측정그룹 책임연구원이 영국물리학회 출판사(IOP Publishing)의 노벨상 컬렉션 첫번째 초청 논문 집필을 주도했다고 11일 밝혔다. 논문은 4월 15일 국제학술지 '메저먼트 사이언스 앤드 테크놀로지'에 공개됐다.
 그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 단층 배열된 2차원 물질이다. 2004년 흑연에서 처음 분리돼 이를 발견한 연구자들이 2010년 노벨 물리학상을 받았다. 우수한 전기적·기계적 특성으로 전자소자와 센서 등 다양한 분야에서 주목받고 있지만 실제 상용화로 이어진 사례는 제한적이다.
 반면 전기저항 국가표준 분야에서는 지난 15년간의 연구개발을 거쳐 그래핀을 활용한 정밀 측정기술이 실용화 단계에 도달했다.
 그래핀 기반 저항표준 소자는 1985년 노벨 물리학상 수상 연구인 '양자 홀 효과'를 이용한다. 강한 자기장 속에서 전자의 움직임이 양자역학적 특성을 나타내면서 전기저항이 일정한 값으로 유지되는 현상이다. 이때 저항값은 물질의 종류나 형태와 관계없이 플랑크상수와 전자의 기본전하로 결정되기 때문에 정밀한 전기저항 측정의 기준으로 활용할 수 있다.
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 <img alt="한국표준과학연구원(KRISS)이 자체 제작한 가로·세로 약 1cm 크기의 그래핀 양자저항표준 소자. 연구진은 고가의 반도체 미세공정 장비 대신 스텐실 방식을 활용해 소자 제작 기간을 기존 1주일에서 하루로 단축했다. 표준연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112724400cvts.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="yK6KrGpXid" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112724400cvts.jpg" width="658">
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 한국표준과학연구원(KRISS)이 자체 제작한 가로·세로 약 1cm 크기의 그래핀 양자저항표준 소자. 연구진은 고가의 반도체 미세공정 장비 대신 스텐실 방식을 활용해 소자 제작 기간을 기존 1주일에서 하루로 단축했다. 표준연 제공
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 기존에는 갈륨비소(GaAs) 반도체 소자를 이용해 양자저항표준을 구현했다. 절대온도 2켈빈(K, 절대온도의 단위로 0K은 영하 273.15℃) 이하의 극저온과 10테슬라(T) 수준의 강한 자기장이 필요하다.
 그래핀 소자는 약 4K(영하 269℃)와 5T 수준에서도 안정적으로 작동한다. 액체 헬륨을 지속적으로 공급하지 않아도 되는 소형 냉동장치로 연중 가동할 수 있어 측정장비 운용 부담이 적다. 그래핀과 기존 갈륨비소 소자의 비교 측정 결과는 상대불확도 10억분의 1 이하 수준에서 일치해 높은 정확도도 입증됐다.
 이번 논문은 1923년 창간된 측정 전문 학술지의 공식 초청으로 작성됐다. 채 책임연구원은 제1저자이자 교신저자로 논문을 기획하고 독일 표준연구소(PTB), 스웨덴 표준연구소(RISE) 연구진을 공동저자로 참여시켰다.
 연구진은 그래핀 양자저항표준의 개발 과정과 국제 검증 성과를 정리하고 전기저항뿐 아니라 교류 회로의 전류 흐름을 방해하는 정도인 임피던스와 전류 측정으로 기술을 확대할 가능성을 제시했다. 전압·저항·전류 표준을 하나의 장치에서 구현하는 차세대 양자전기표준의 발전 방향도 제안했다.
 표준연은 그래핀 양자저항표준의 국제 측정지침 마련에도 참여했다. 국제도량형위원회 산하 전기자기자문위원회(CCEM)는 지난 6월 그래핀 소자의 특성을 반영한 측정 가이드라인을 발간했다. 표준연은 미국 표준연구소(NIST), 독일 PTB 등 11개국 표준기관 연구진과 함께 집필에 참여했다.
 가이드라인에는 표준연이 자체 제작한 그래핀 소자의 측정 결과가 대표 사례로 수록됐다. 표준연 연구진은 고가의 반도체 미세공정 장비 대신 구멍을 뚫은 유리판을 틀로 활용해 전극을 만드는 '스텐실' 방식으로 소자를 제작했다. 기존 약 1주일이 걸리던 제작 기간을 하루로 단축했다.
 채 책임연구원은 "지난 15년간 그래핀 양자저항표준 연구에 매진하며 쌓아온 글로벌 연구 협력 네트워크가 초청 논문과 국제 가이드라인 발간이라는 결실로 이어졌다"며 "측정 분야의 후발주자였던 한국이 측정 선진국들과 어깨를 나란히 하며 국제 지침 집필에 참여했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; - 초청 논문: doi.org/10.1088/1361-6501/ae57c8 - 국제 가이드라인: doi.org/10.1088/1681-7575/ae6c09
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 <img alt="영국물리학회 출판사(IOP Publishing)가 기획한 '노벨상 컬렉션' 첫 번째 초청 논문(왼쪽)과 그래핀 양자저항표준 국제 가이드라인(오른쪽)의 첫 페이지. 채동훈 한국표준과학연구원(KRISS) 책임연구원이 초청 논문 집필을 주도하고 국제 가이드라인 제정에도 참여했다. IOP Publishing·Metrologia 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112725606zncw.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="W4B0aCHlde" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/11/dongascience/20261111112725606zncw.jpg" width="658">
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 영국물리학회 출판사(IOP Publishing)가 기획한 '노벨상 컬렉션' 첫 번째 초청 논문(왼쪽)과 그래핀 양자저항표준 국제 가이드라인(오른쪽)의 첫 페이지. 채동훈 한국표준과학연구원(KRISS) 책임연구원이 초청 논문 집필을 주도하고 국제 가이드라인 제정에도 참여했다. IOP Publishing·Metrologia 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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