이재광 교수팀, 고체전해질 전도도 향상 비밀 풀어 산화물 기반 고체전해질 이온전도도 최적화 메커니즘 원자 수준 규명【왼쪽부터 황재진 대학원생, 이재광 교수】물리학과 이재광 교수 연구팀은 동신대·성균관대와의 협력연구를 통해 고체전해질내 산소공공의 특정배열과 그에 따른 격자팽창및 리튬 이온전도도 향상 메커니즘을 원자 수준에서 규명했다. 대부분 리튬 베터리 전해질은 액체이다. 리튬 이온의 전도도가 액체에서 크기 때문다. 하지만 액체는 온도에 취약하다. 열에 의해 예기치 못한 다양한 화학반응들이 쉽게 수반되어 불안정하다. 이에 최근들어 액체 전해질에 비해 안정한, 고체 전해질이 새롭게 대두되고 있다. 고체 전해질은 안정하지만 리튬이온들이 격자들 사이 좁은공간을 지나가야 하기에 전도도가 매우 낮다. 이를 해결하기 위해 신물질 탐색과 함께 다양한 방법들이 보고되어왔다. LaTiO3의 경우, LaO 층과 TiO2층이 교대로 적층되어 있는 층상의 perovskite 산화물이다. La이 Li으로 치환되면 LaO층은, Li이 많은 Li-rich 층과 Li이 상대적으로 적은 Li-poor 층이 교대로 존재하게 된다. 이번 연구에서 이재광 교수팀은 LaTiO3내 Li-rich층과 인접한 TiO2층에서 산소 공공이 2차원 층상 배열을 이루며 형성 될수 있음을 전자구조 계산과 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 밝혀냈다. 특히 산소 공공의 층상 배열에 따라 Li-rich층의 폭이 넓어지고, 이를 통해 리튬이온 전도도가 1000배 이상 증가될수 있음을 이론적으로 예측하였다 [그림]. 【산소공공 특정배열과 구조변화 및 리튬 이온전도도 최적화 메커니즘 규명】 연구팀은 고온 열처리를 통해 산소공공이 실제로 특정 방향으로 배열되어 형성됨을 원자수준에서 이미징 하였다. 또한 Li-rich층의 폭이 실제로 0.5? 이상 증가되고, Li-poor층이 좁아지는 lattice distortion이 실제로 수반됨을 측정하였다. 이에 따라 Li-rich 층을 따라 리튬 이온 전도도가 급격하게 증가됨을 실험적으로도 측정하였다. 이재광 교수는 “이번 연구는 전이금속 산화물 기반 고체전해질에서 산소 공공 배열 제어에 의한 리튬 이온 전도도 향상의 메커니즘을 원자수준에서 밝혀낸 연구로, 향후 산화물 기반 고체 전해질 최적화에 핵심자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 논문은 부산대 물리학과 황재진 석박통합 대학원생이 제1저자, 이재광 교수와 동신대 심재현 교수, 성균관대 김영민 교수가 공동교신저자로 수행해, ‘Oxygen vacancy-induced directional ordering of Li-ion pathways for enhanced ion conducting solid electrolytes’이라는 제목으로 2022년 기준 JCR 3.78% IF 22.0인 국제학술지 ACS Energy Letters』10월 ..일에 게재됐다. 논문: https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsenergylett.4c02078 해당 연구는 과기부 나노 및 소재기술개발 사업의 지원을 받았다.

2024년 부산시 과학기술 유공자 선정…3개 분야 13명(부산=뉴스1) 손연우 기자 = 부산시가 부산 과학기술 발전에 이바지한 유공자들에게 26일 시상한다.시상은 △과학기술도시 조성 혁신리더 유공 △부산과학기술혁신상 △부산 연구개발 우수성과 유공 등 총 3가지 분야에서 이뤄진다. 과학기술도시 조성 혁신리더 유공은 지역의 과학기술 발전 및 확산에 이바지한 유공자에게 주는 상이다.올해는 로봇 활용 도시 부산 이미지 제고에 기여한 한국기초과학지원연구원 부산센터와 청소년 과학기술 교육에 이바지한 한국로봇융합연구원 부산센터 등 2개 기관이 감사패를 받는다. 또, 2차전지 연구개발·전문인력 양성에 이바지한 김점수 동아대 교수에겐 표창장이 수여된다. 부산과학기술혁신상은 과학기술로 산업혁신에 기여하는 연구자에게 연구개발비를 지원하는 상이다.친환경 접착 기술을 개발한 아셈스가 대상과 연구개발지원금 3000만 원을, 세계 최초 해양 로봇 방제 장비를 개발한 코아이가 최우수상과 연구개발지원금 1000만 원을 받는다. 각 수상자에겐 표창장·감사패, 연구개발지원금과 함께 우수 성과발표회 참석 기회가 제공된다. 시는 부산시청 도시철도 이동 통로에 수상작의 우수성과 내용을 담은 포스터를 전시할 예정이다.

부산 연구개발 우수성과 선정, 지역혁신의 밑거름이 되다부산시-BISTEP, 2024년 부산시 연구개발 우수성과 8선 시상지역 파급효과와 질적 우수성 중심의 평가…소재·나노·기계·디지털·의료 분야 선정 부산시와 부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP, 원장 서용철)은 7월에 공고한 ‘2024년 부산시 연구개발 우수성과’에 대해 9월 26일 시상식을 개최했다고 밝혔다.이번 ‘부산시 연구개발 우수성과’는 부산의 과학기술 문화 확산과 우수한 연구 성과를 널리 알리기 위해 마련되었으며, 접수된 25건의 성과 중 최종 8건이 선정되었다. 심사는 8월에 진행되었으며, 과학적·사회적 분야의 성과에 대하여 창의성, 우수성, 효과성을 중심으로 이루어졌다.심사를 통해 선정된 8개 우수성과는 부산광역시장상과 부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP) 원장상으로 나뉘어 각각 4건씩 시상한다. 부산광역시장상은 부산 지역 연구기관(기업, 출자·출연기관, 정부출연연구소 등)의 정규 연구원 및 대학교수를 대상으로, 부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP) 원장상은 지역 내 대학원생, 비정규 연구원, 박사 후 연구원 등 신진연구자를 대상으로 수여되었다.부산광역시장상에는 ▲광메카트로닉스 기술 기반 지역대학-지역기업 간 산학협력(부산대학교 김창석 교수), ▲고품질 소재 제작법 연구를 통한 신소재 발굴 및 생산 기술 확보(부산대학교 옥종목 조교수), ▲PrOx 나노촉매의 전기화학적 증착을 통한 복합 산화물 산소 전극의 재활성화(부산대학교 박범경 조교수), ▲동남권 디지털 혁신 인재 양성 도출을 통한 지역경제 활성화(동의대학교 정석찬 교수) 성과가 선정되었다.부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP) 원장상에는 ▲3D 프린팅과 전기방사 공정이 융합된 올인원 프린팅 공정 개발(부산대학교 송진영 석박사통합과정), ▲미토파지 유발 화합물을 통한 알츠하이머성 치매 동물모델에서의 인지기능 개선(동아대학교 최세명 석박사통합과정), ▲숙주 유래 저온성 프로바이오틱스 개발(동의대학교 이수정 박사과정), ▲환경 DNA를 활용한 비침습적 수산생물질병 진단시스템 개발(부경대학교 김민재 박사과정) 성과가 선정되었다.이번 시상식은 ‘제10회 부산 연구개발(R D)주간’ 개막식과 함께 진행되었다. 또한, 부산광역시장상 수상작 4건에 대한 성과 발표회가 26일 오전에 열렸으며, 부산시청역 도시철도 이동통로에서 8건의 우수성과 포스터 전시가 진행 중이다. 해당 전시는 10월 2일까지 이어진다.부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP) 서용철 원장은 “부산시 연구개발 우수성과에 선정된 연구자들께 진심으로 축하드린다”며 “앞으로도 부산의 연구자들이 더 많은 성과를 창출할 수 있도록 적극 지원하겠다”고 밝혔다.박형준 부산광역시장은 “부산의 연구개발(R D) 역량을 지속적으로 강화할 수 있도록 지역 연구자들의 연구 활동을 적극적으로 지원하겠다”고 전했다. 출처 : 전기신문(https://www.electimes.com) - “양자·반도체 기술 개발, 고품질 소재 발굴 최선”12대 국가전략기술 분야인 양자 및 반도체 기술 개발에서 소재 개발 연구는 필수적이다. 양자 및 반도체 기술 구현에 필요한 소재를 고품질로 생산하는 방법을 개발하고, 새 기능성 소재를 발굴하는 일에도 노력 중이다. 수상을 계기로 양자·반도체 소재 개발의 중요성과 시급성을 널리 알릴 수 있게 되어 기쁘다. 지역 산업 경쟁력 확보에 더 기여하겠다.출처: https://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0200 key=20240927.22010008014

층상형 전이금속 산화물 형성 메카니즘 규명 Nature Chemistry출판일: 2024년 8월 27일 소속: 부산대학교 물리학과성명: 김인환 석사 졸업 (현재 UT Austin 물리학과 박사과정), 이재광 교수 저자구분(주저자): 제1저자, 교신저자 【왼쪽부터 이재광 교수, 김인환 석사 졸업생】 [물리학과] 이재광 교수팀, 새로운 양자물질 탄생 비밀 풀어미래 양자물질 층상형 전이금속 산화물 형성 메커니즘 원자 수준 규명 물리학과 이재광 교수 연구팀은 성균관대·한국에너지공대와의 협력연구를 통해 새로운 양자물질로 활용 가능한 층상형 전이금속 산화물 형성의 메커니즘을 원자 수준에서 규명하였다. 일반적으로 전이 금속은 산소와 3차원 결합을 선호한다. 산소 6개와의 결합을 통해 3차원 팔면체 구조(octahedral structure), 산소 4개와의 결합을 통해 3차원 사면체 구조(tetrahedral structure)를 형성한다. 이에 비해 2차원 평면 구조 (planar structure)는 3차원 구조보다 불안정한 것으로 보고돼 왔다. 그럼에도 2차원 형태의 층상형 전이 금속 산화물은 초전도 발현의 근간으로 알려져 있다. 나아가 2차원 층상 구조에 따른 전이 금속 내 강한 자기 이방성(magnetic anisotropy)은 기존 산화물에서는 나타나지 않는 새로운 양자 특성들을 발현시킬 것으로 기대되어 왔다. 이에 에너지적으로 불안정한 2차원 층상형 전이 금속 산화물 형성 메커니즘을 규명하는 것은 층상 산화물에 기반한 새로운 양자물질 및 양자소자 개발에 핵심적인 연구 분야로 주목받고 있다. 이번 연구에서 이재광 교수팀은 전자구조 계산과 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 2차원 형태의 층상 구조가 어떤 식으로 형성되는지, 원자 수준의 산소 원자들의 재배열과 에너지 분석을 통해 밝혀냈다. 연구에 참여한 성균관대 연구팀은 3차원 형태의 고품질 SrFeO2.5 에피 박막을 구현했고, 한국에너지공대 연구팀은 3차원 SrFeO2.5에서 2차원 형태의 층상 구조 SrFeO2로의 변화를 전자 현미경으로 실시간 이미징하였다. 연구팀은 3차원 구조 내 위와 아래 부분에 위치한 산소(apical oxygen)들이 평면에 위치한 산소(equatorial oxygen)들에 비해 상대적으로 쉽게 본래 위치에서 벗어난다는 것을 밝혔고, 이들이 다른 층 전이금속의 평면층으로 이동해 재배열을 통해 2차원 층상 구조가 형성됨을 관찰했다. 이러한 산소원자들의 다른 층으로의 이동과 평면층에서의 재배열이 반복되며 2차원 층상구조가 확장됨을 원자 수준에서 규명하였다. 이재광 교수는 “이번 연구는 전이금속 Fe(철) 기반 층상 산화물 형성 메커니즘을 원자 수준에서 규명한 것으로, 향후 Ti(티타늄), V(바나듐), Mn(망간), Co(코발트), Ni(니켈) 등 다른 전이금속 기반 층상 산화물 구현의 길을 제시했다. 이는 2차원 층상 산화물에 기반한 새로운 형태의 양자소자 개발에 핵심자료가 될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 논문은 부산대 물리학과 김인환 석사 졸업생(현 UT Austin 물리학과 박사과정)이 제1저자, 이재광 교수와 성균관대 최우석 교수, 한국에너지공대의 오상호 교수가 공동교신저자로 수행해, ‘Monitoring the formation of infinite-layer transition metal oxides through in situ atomic-resolution electron microscopy(층상형 전이금속 산화물 형성 메커니즘 규명)’이라는 제목으로 국제학술지 『Nature Chemistry』 8월 27일자에 게재됐다.[층상형 산화물 전환 과정에서 산소 원자들 재배열 및 관련 에너지 계산] 논문 링크: ?논문링크 해당 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업의 지원을 받았다.

물리학과 옥종목 교수는 부산대학교 나노과학기술대학 정세영 석좌교수팀, 카이스트 양희준, 김용관 교수팀 미시시피주립대학 김성곤 교수님팀과의 공동연구를 통해 2차원 구리에서 전자가 아닌 양공*이 지배적 수송자로 나타남을 보고하였다. *양공 (hole): 응집물질물리학에서 양공(陽孔, 영어: electron hole 일렉트론 홀[*]) 또는 정공(正孔)은 반도체 (혹은 절연체)에 대하여 (원래 전자로 채워져 있어야 됨) 원자가띠의 전자가 부족한 상태인 준입자이다. 양공은 이 전자의 부족으로부터 생기는 구멍(상대적으로 양의 전하를 가지고 있는 것처럼 보임)이다. 본 연구를 통하여 구리와 같은 금속 내에서 낱알 경계에서의 수송자 산란으로 인해 수송현상의 본질적인 특성이 가려져 있었으며 낱알 경계가 전혀 없는 2차원 박막을 성장하는데 성공함으로써 2차원 구리의 본질적 수송 특성은 양공에 의한다는 것을 입증하였다. 구리는 전자를 주 수송자로 가지는 대표적 물질이다. 보통 구리 내에는 입방 cm 당 약 1023개의 전자가 존재한다. 구리의 전자에 의한 수송은 높은 전기전도도와 낮은 저항을 제공하기 때문에 일반적인 우리 생활속에서 매우 중요한 도체로서 활용이 되어오고 있다. 그러나 이 구리가 수십 나노 두께가 되고 결정립계**가 완전히 제거되면 2차원적 특성을 보이면서 전자들이 양공의 특성을 보이게 된다. 우리가 알고 있는 것처럼 3차원의 구리에서는 단결정이거나 다결정이거나에 관계없이 전자가 주된 수송자가 된다. 그러나 박막이 200 nm 두께에 이르면 서서히 전자가 양공으로 바뀌게 되고 낮은 온도에서는 이러한 현상이 더욱 두드러지게 나타난다. 40 nm 두께 이하의 단결정 구리 박막은 95% 이상의 수송자가 양공이 된다. **결정립계: 다결정(polycrystalline)의 고체물질에서 물질을 구성하는 개별의 결정립들 사이의 계면 또는 경계. 결정립은 원자가 주기적으로 배열된 동일한 영역을 말하며 결정립계는 서로 다르게 배열된 두 결정립간의 경계에서 결정격자가 나란하지 않아 발생하는 2차원의 구조적 결함이다. 2차원 구리에서 양공이 지배적인 수송자가 되는 기원을 밝힌 이번 연구는 ‘Hole-Carrier-DominantTransport in 2D Single-Crystal Copper(2차원 단결정 구리에서 양공의 지배적 수송현상)’라는 제목으로 세계적인 재료과학 전문지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판 18일자에 발표됐다. 이번 연구는 교육부의 핵심연구지원센터 조성지원사업, 과학기술정보통신부 및 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 진행되었다.