[Weekly 신기술 및 정책소식] ETRI, 광자 기반 8큐비트 칩 개발…"6개 양자얽힘 확인"

◇ 美 새너제이에 '한미 AI 반도체 혁신센터' 개소…美 진출 지원

미국 캘리포니아주 새너제이에 한국 시스템반도체 기업의 미국 시장 진출을 지원하는 거점이 마련됐다.

산업통상자원부는 지난 5일(현지시간) 미국 새너제이에서 '한미 인공지능(AI) 반도체 혁신센터'(K-ASIC) 개소식을 열었다고 6일 밝혔다.

개소식에는 산업부, 한국산업기술기획평가원, 한국반도체산업협회, 혁신센터 입주기업, 현지 진출 반도체 기업, 미국 반도체 기업, 스탠퍼드대 등 양국 반도체 관련 주요 기업과 기관 관계자가 참석했다.

혁신센터에는 알파솔루션즈, 사피엔반도체, 모빌린트, 하이퍼엑셀, 세미파이브 등 5개 기업이 입주했으며, 공동 멤버십 기업 20여곳은 센터가 제공하는 각종 서비스를 제공받게 된다.

◇ 한양대 ERICA 심상완 교수팀, 초고속 타겟 선택적 빛 신호 제어기술 개발

한양대 ERICA 전자공학부 심상완 교수팀이 한국기초과학지원연구원 및 노팅엄 대학교와의 공동연구를 통해 고도의 선택성을 갖는 초고속 빛 제어 기술을 개발했다. 

연구팀은 먼저 길쭉한 수염모양 결정을 갖는 '지르코늄 트라이셀레나이드'라는 준1차원 나노소재를 페트(PET)판 위에 붙인 후, 여기에 극초단 레이저 펄스를 주입해 '엑시톤(전자와 정공 쌍으로 만들어진 준입자)'과 빛의 상호작용을 유도하고, 이를 이용해 10조분의 1초 스케일로 광신호를 제어했다. 

여기에 유연한 페트(PET)소재 기판을 구부림으로써 지르코늄 트라이셀레나이드 결정에 압축 변형을 인가했고, 이를 통해 특정 진동 방향을 갖는 빛을 선택적으로 변조하는 기술을 달성했다.

연구팀은 이론적 분석을 통해 압축 변형에 의해 나노결정을 구성하는 원자 사이의 간격이 변형돼 전자와 정공의 에너지도 함께 변화하고, 이것이 특정 방향으로 나열된 엑시톤의 성질을 함께 변조함으로써 타겟 선택적 빛 제어가 가능해짐을 밝혔다.

◇ 전기차 배터리 정보공개 의무화…제조사·주원료 등 항목 추가

앞으로 국내에서 전기차를 판매하는 제조사는 배터리 주요 정보를 의무적으로 공개해야 한다.

정부는 6일 서울청사에서 한덕수 국무총리 주재로 열린 국정현안관계장관회의에서 이 같은 내용을 골자로 하는 전기차 화재 안전관리 대책을 확정, 발표했다.

지난달 1일 인천 청라국제도시 아파트 지하 주차장에서 발생한 전기차 화재 사고에 따른 후속 조처다. 

지난달 13일 모든 제조사에 배터리 정보 자율 공개를 권고한 데 이어 이번에는 배터리 제조사와 제작 기술 등 주요 정보 공개를 아예 의무화한 것이다.

◇ 전기차 배터리 용량 4배 늘린 음극재 기술 나왔다

김원배 포스텍(포항공대) 화학공학과·친환경소재대학원 교수가 이끄는 연구진은 전도성 고분자와 실리콘 음극재를 결합해 리튬이온전지의 에너지 저장 용량을 4배 늘리는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

연구진은 인공적으로 고체 전해질막을 씌운 음극을 개발해 실리콘 음극의 단점을 보완했다. 고분자 물질인 폴리아닐린을 이용해 인공 고체 전해질막을 만들어 음극 표면에 붙였다. 인공 고체 전해질막은 층 구조로 이뤄져 리튬 이온 저장 능력이 개선되도록 돕는다.

에너지 저장 용량도 크게 늘리는 데 성공했다. 연구진은 이번에 개발한 전지를 이용해 고속 충전을 250회 이상 반복한 이후 기존 전지와 에너지 용량을 비교했다. 그 결과, 상용 전지보다 4배 이상 높은 에너지 용량을 유지하는 것으로 나타났다. 인공 고체 전해질막은 음극의 부피 변화도 감소시키는 것으로 나타났다.

◇ TTA, 원격주행 관제 시스템 표준화 추진

한국정보통신기술협회(이하 TTA)는 이동통신망을 이용하여 배송로봇, 자율주행셔틀 등 원격주행 대상 차량을 주행시키는 ‘이동통신망을 이용한 원격주행 관제 시스템의 상태 천이 방법’에 대한 표준화를 추진한다고 2일 밝혔다.

이와 같이 자율주행 기술에 대한 관심이 높아지고 있지만 자율주행의 안전성 문제는 아직 해결되지 않아, 전 세계적으로 관련 사고가 이어지고 있다. 이 때문에 자율주행이 어렵거나 불가능한 상황에 처했을 때, 원격으로 자율주행 차량을 제어할 수 있는 원격주행 기술이 함께 주목받고 있다.

원격주행이란 원격주행 관제 시스템이 배송로봇, 자율주행셔틀 등 하나 이상의 원격주행 대상 차량들을 이동통신망을 이용하여 주행시키는 서비스를 의미한다. CCTV, V2X(차량·사물통신) 등 인프라로부터 주행에 필요한 환경정보를 받아 원격주행 대상차량을 관찰모드, 보조 주행모드, 직접 주행모드 중 하나의 모드로 주행시킬 수 있다.

◇ 포스텍, 3D 그래핀 폼의 표면 특성 초고속 전환 기술 개발

포스텍(POSTECH)은 오승수·강병우 신소재공학과 교수, 통합과정 천수민 씨 연구팀이 간단한 마이크로파 처리를 통해 초고속으로 3D 그래핀 폼(foam)의 표면 특성을 가역적으로 조절하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존 그래핀 개질 연구는 시간이 오래 걸리고, 복잡한 장비가 필요하며, 2D 필름에만 적용할 수 있었다.

연구팀은 일반 가정용 전자레인지 수준의 마이크로파로 이를 해결했다. 마이크로파를 3D 그래핀 폼에 초단시간(5~10초) 쏘면 고온(2600°C)과 플라즈마가 2초 이내로 형성돼 용매에 따라 표면 작용기가 변하는 개질이 일어났다. 친수성인 수증기는 친수성인 수산 라디칼을, 소수성인 아세톤은 소수성인 메틸 라디칼을 형성해 그래핀 표면에 화학적으로 붙어 각각 초친수성·초소수성 특성을 나타냈다.

연구팀은 이 기술을 이용해 초친수성(수접촉각 0°)의 3D 그래핀 폼을 아세톤 환경에서 5초 이내로 초소수성(수접촉각 168°)으로, 수증기 환경에서는 10초 만에 다시 초친수성으로 전환하는 데 성공했다. 이 반응은 수십 번 반복할 수 있을 정도로 가역적이고, 재현성이 높았다.

◇ 충남대 송우진 교수팀, 유연한 고에너지밀도 리튬금속전지 개발

충남대학교 유기재료공학과 송우진 교수 연구팀과 UNIST 송현곤 교수팀, 한국전자기술연구원 김현승 박사팀(황치현 박사, 곽명준 박사)이 차세대 웨어러블 전자 장치에 활용 가능한 고에너지밀도를 갖는 유연한 리튬금속전지를 공동 개발했다.

공동 연구팀은 이번 연구에서 스프레이 코팅 공정을 기반으로 탄소 나노 튜브와 PET 마이크로 섬유를 활용해 높은 유연성을 갖는 나노/마이크로 섬유 복합 전극 기반의 리튬금속전지를 개발했다.

공동 연구팀은 표면 처리 기법을 통해 PET 마이크로 섬유에 탄소 나노 튜브와 전극의 각 활물질(양극: NCM및 음극: Li 파우더)을 균일하게 코팅함으로써 기존의 낮은 기계적 내구성을 개선하고 면적당 많은 양의 활물질을 바탕으로 높은 에너지 밀도를 달성했다.

그 결과, 이번 연구에서 개발된 파우치 타입의 리튬금속전지는 500번의 굽히고 접는 동작에서도 안정적으로 97.1%의 용량 보존율을 보였으며 300.1 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 달성했다.

◇ ETRI, 광자 기반 8큐비트 칩 개발…"6개 양자얽힘 확인"

한국전자통신연구원(ETRI)은 광자(빛의 최소단위) 8개를 제어할 수 있는 8큐비트 양자 칩을 개발했다고 4일 밝혔다. 

ETRI 연구팀은 이 가운데 광자 6개에 의해 일어나는 6큐비트 양자 얽힘 현상을 확인했다. 광반도체(실리콘 포토닉스) 분야에서는 세계 최초다.

연구팀은 10㎜X5㎜ 크기의 8큐비트 칩에 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 광학소자를 구현, 빛의 경로를 조절해 양자 상태를 측정하는 데 성공했다. 

특히 고전물리학으로는 설명되지 않는 '홍오우만델'(Hong-Ou-Mandel·두 개의 광자가 교차점에서 만나 서로 갈라지지 않고 맞물려 간섭하는 현상) 효과도 확인했다. 

◇  포스텍, 습도에 따라 색상·이미지 바꾸는 디스플레이 개발

포스텍(POSTECH)은 이효민 화학공학과 교수·노준석 교수, 윤종선 박사, 통합과정 정춘환 씨 연구팀이 광(光) 반응성 고분자를 활용해 습도에 반응하는 다중 이미지 디스플레이 기술 개발에 성공했다고 2일 밝혔다.

구조색은 물질의 구조와 빛 사이의 상호작용을 통해 생성되는 색을 말한다. 나비의 날개에서 빛이 반사될 때 다양한 색상이 나타나는 것이 대표적 예다. 일반적인 염료나 안료와 달리 구조색은 열과 화학물질에 강하며 에너지 효율과 내구성이 뛰어나면서 독성이 없어 차세대 친환경 디스플레이로서 학계와 산업의 주목을 받고 있다.

연구팀은 '카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)'에 아자이드 그룹을 도입함으로써 기존 구조색 기술의 한계를 극복했다. 아자이드 그룹은 자외선 노출 시 교차결합을 유도, CMC로 이루어진 하이드로겔 박막을 원하는 영역에 원하는 두께로 패터닝할 수 있도록 한다. 또 습도에 따른 팽창·수축 정도를 조절해 다양한 색상을 표현할 수 있게 한다.

연구팀은 디스플레이를 구성하는 마이크로미터(㎛) 규모 각 픽셀의 화학적 팽윤 특성과 기하학적 두께를 동시에 제어함으로써 각 습도 조건에 따라 다중 이미지를 표현할 수 있는 기술을 개발했다.