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    독일 라이프니츠 표면 공학연구소에서 박사과정 생활

    오경환 (okh90)

    안녕하세요, 독일 라이프치히에서 박사과정을 하고 있는 오경환입니다. 저는 현재 독일 라이프치히에 있는 라이프니츠 연구 그룹 중 하나인 라이프니츠 표면 공학연구소에서 박사 연구생으로 일하면서 박사과정을 하고 있습니다.   leipzig uni (출처 : 호텔스닷컴) 라이프치히는 구 동독 시대에 베를린에 이어 큰 도시였으며, 현재도 독일 전역에서 10대 도시로 급 성장하고 있는 도시입니다. 역사적으로 라이프치히는 몇 번의 주목받을 만한 일들이 일어났는데, 첫 번째는 1813년 나폴레옹 과의 전투에서 나폴레옹을 패하게 만든 도시로 이름을 알린 것으로, 이 패배로 나폴레옹은 황제의 자리에서 물러날 수밖에 없었다고 합니다. 아직도 나폴레옹이 사용하던 책상은 라이프치히 전쟁 기념관에 전리품으로 전시되고 있습니다.   전쟁기념관(출처 : 위키피디아) / 전쟁기념관 배경으로 딸아이 사진 전쟁기념관내 전시된 나폴레옹이 사용하던 책상(출처 : 주간조선 홍지형) 두 번째는, 독일 통일의 중심이자 시작이 바로 이곳 라이프치히에서 일어난 것입니다. 1982년 성 니콜라이 교회에서 시작된 월요기도회를 시작으로 1989년 9월 4일 평화기도회가 끝난 후 시작된 평화 시위는 독일 전역으로 확산되었고, 이것은 결국 베를린 장벽을 무너지게 하고, (1989년 11월 9일) 독일은 1990년 10월 3일 통일이 선포되었습니다. 작은 모임으로 시작된 마음이 결국은 독일 통일을 이끌었다는 게, 남북이 분단된 현실속에서 다시금 통일에 대해 생각해보게 됩니다. 성 니콜라이교회(출처 : 오정택 라이프치히 프로젝트) 라이프치히에는 독일에서 2번째로 오래된 대학인 라이프치히 대학이 있습니다. 1409년에 설립되었고, 라이프니츠, 괴테, 바그너, 니체, 슈만, 그리고 앙켈라 메르켈 총리등 독일의 주요한 인물들뿐 아니라, 서른명에 달하는 노벨상 수상자도 배출하였습니다. 물리학과 건물에 들어가면 교과서에서 듣던 주요 많은 인물들이 동문이라는 사실에 깜짝 놀라기도 합니다.   라이프치히 대학 전경(출처 : Stadt Leipzig) 라이프니츠 표면 공학연구소(출처 : Stadt Leipzig) 라이프치히는 물이 많은 도시로, 도시에 강이 흐르고 그 강물을 연결된 운하는 도시 곳곳을 이어줍니다. 날씨가 따뜻한 여름에는 연결된 운하에서 카누를 타고 도시를 여행할 수 있고, 겨울에는 얼어붙은 운하를 걷거나, 스케이트를 타며 도시 이곳저곳을 볼 수 있습니다.   라이프치히 Clara-Zetkin 공원 주변의 강과 연결된 운하들 라이프니츠 연구소는 기초과학부터 응용분야까지 넓은 분야의 연구를 다채롭게 진행하고 있습니다. 각 연구소 특성에 따라 연구분야는 나뉘는데요, 저희 연구소는 표면공학분야에 특화 되어있습니다. 좀 더 자세히 애기하자면, 이온, 전자, 플라즈마 및 광자를 이용하여 표면 기술에 중요하게 기여할 수 있는 물리적, 화학적 프로세스를 연구합니다. 그렇기 때문에, 플라즈마 전문가, 재료 전문가, 화학 전문가 등 다양한 분야의 전문가들이 함께 지식을 나누면 연구하고 있으면, 재료 분석을 위한 많은 첨단 장비들도 보유하고 있습니다. 현재 약 160명가량의 인원이 함께 하고 있습니다. 독일에서의 박사과정은 상당히 자유롭지만, 많은 책임감을 요구합니다. 박사과정 중 따로 수강하는 코스가 없기 때문에 (때에 따라 있는 경우도 있습니다.) 시간 사용에 자유롭긴 하지만, 상대적으로 자신의 연구할 부분들을 자신이 찾아내고 공부해야 하는 압박이 있습니다. 저희 연구소에서는 매주 2명의 박사과정 생들이 세미나 형식의 발표를 전체 연구원 앞에서 하고 피드백을 받아 보완 수정하여 연구의 많은 도움을 받습니다. 한국인은 지금까지 제가 유일하고, 한국인 외에 다양한 국적의 연구원들과 함께 하고 있습니다. 마무리하며, 짧은 저의 독일 생활을 봐주셔서 감사합니다. 개인적으로 독일에서의 박사 생활은 충분히 도적해볼 만한 매력이 있다고 생각합니다. 혹시라도, 도전을 망설이고 계신 분이 있으시면, 개인적으론 도전에 한 표, 그리고 그 도전에 응원합니다. 감사합니다.

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RELAY BOOK

왜 세계의 절반은 굶주리는가 ?

장 지글러 저

이런 좋은 코너를 만들어주신 KOSEN 관련자분들과 바톤을 저에게 이어주신 박지태 박사님께 감사드립니다. 저는 독일 함부르크에 있는 유럽 X-선 자유전자 레이저 (European X-ray Free Electron Laser) 라는, 한국에는 흔히 ‘4세대 방사광 가속기’라고 알려진 방사광 연구소에서 박사후 과정 중인 김윤희라고 합니다. 바이오 물질들을 포함한 다양한 물질들의 나노구조를 시각화하는 연구를 하고 있습니다. 제개 책이란 주업 이외의 분야에 대한 식견 (견문)을 넓혀주기도 하고, 고민거리나 스트레스가 있을 때에 해결책을 제시하고나 기분전환을 하게 해 주는 존재입니다. 특히 외국에 살다보니 인간관계도 좁아지고 가만히 앉아있어도 들을 수 있었던 사회 여러 이슈들에 둔감해지게 되는데, 책이 그런 부족함을 조금이나마 해소할 수 있게 해 주는 것 같습니다.    이 책은 세계 인구의 절반이 겪고 있는 굶주림에 대해 이야기하고 있습니다. 우리나라에서도 조부모님의 세대가 겪었을, 그리고 현재에도 한반도 북쪽에서 수많은 사람들이 겪고있는, 하지만 지금을 살고 있는, 적어도 이 글을 보게 될 우리 세대에는 그저 가끔 TV나 책에서 마주하고 제대로 접해볼 기회가 없었던 기아에 대한 이야기입니다. 아마도 저처럼, 이 글을 읽고 계실 많은 분들이 과학이나 기술에 대한 글들을 훨씬 많이 접해오셨으리라 생각됩니다. 그래서 사회문제를 다루는 이 내용이 어쩌면 더욱더 생소하고 이해하기 어려운 주제일지도 모릅니다. 이 책은 아버지와 어린 아들의 대화로 구성되어 이런 사람들도 쉽고 재미있게 받아들일 수 있을 것입니다. 굶주림을 겪어보거나 겪는 사람을 가까이서 본 적이 있으실까요 ? 아마 대부분 없을 것입니다. 건강상의 이유로 오랫동안 음식 섭취에 어려움을 겪었거나 그런 사람을 가까이서 지켜본 적이 있는 이라면 제3국의 사람들이 겪고 있을 기아를 조금이라도 이해할 수 있으련지 모르겠습니다. 그래도 이런 경우에는 위생적인 물과 음식을 먹고 영양보조제, 의약품들과 함께 의료진의 도움을 받을 수 있습니다. 기아에 시달리는 이들은 태어난 순간부터 그러한 고통과 더불어 지저분한 음식과 식수로 인한 기생충 감염, 면역력 저하 등에 의한 고통을 일평생 겪을 것입니다. 그 괴로움을 어느 누가 몇 마디 말과 글로 나타낼 수 있을까요. 제게 가장 충격적으로 다가온 내용은 기아가 단지 곡류가 자라지 않고 가축을 기르지 못하며 물을 구하기 힘든 환경, 또는 자연재해가 기아의 원인일 것이라는 막연하지만 유일하게 떠올릴 수 있었던 이 생각이 정말 순진한 생각이었다는 것입니다. 이 책에 의하면 정치적이고 부유한 국가나 기업 및 부자들의 이해타산적 결정과 행동에 따른 결과인 경우가 대부분의 기아의 원인입니다. 그렇다고 지구 다른 한 편에서 기아를 초래할 수밖에 없는 결정을 하는 국가 및 기업의 결정권자들은 이것을 모르는 것이 아닙니다. 그들은 기아는 증가하는 세계인구에 의해 필연적으로 발생하는 부작용을 해결할 수 있는, 즉 세계인구를 안정한 수준으로 유지할 수 있는 자연선택적인 현상이라고 이야기합니다. 부유한 국가에서는 자국의 농민, 목축업자의 수입을 유지하기 위해 생산량을 제한하거나 이미 생산된 것들을 파기하는 방식으로 가격을 높게 유지합니다. 세계 곡물가격이 결정되는 곡물거래소에서는 투기꾼들이 가담한 상황에서 수요와 공급의 원칙에 따라 높은 가격을 책정합니다. 기업들은 이윤의 극대화 외에 굶주리는 사람들에게는 관심이 없습니다. 한편에서는 여러 국제구호기구가 이들을 돕기 위해 노력하고 있지만 내전으로 어려움을 겪고 있는 나라에서는 세력을 다투는 군부들이 자신들의 세력을 유지하거나 높이는 등의 이유로 이들의 도움을 차단한합니다. 전 세계에서 생산되는 식량이 세계 인구 2배의 사람들을 충분히 먹이고도 남는 양인데도 가난한 나라에서는 기아가 끊이지 않는, 오히려 늘고 있는 이유들입니다. 사실 우리는 그들과 동떨어진 삶을 살아가고 있습니다. 그리고 이 책에서 전하는 내용을 알고 있을지라도 우리가 할 수 있는 일은 거의 없습니다. 그럼에도 이 책을 추천하는 이유는 사람들이 알고 있어야 하는 사실이라고 생각하기 때문입니다. 이 책에서 지적한 대로 기아에 대해서는 학교에서조차 가르치지 않습니다. 대학이나 연구소에서도 정부나 기업의 펀드를 받아 연구하기 때문인지 세계의 절반이 겪고 있는 이 문제에 대해서는 제대로 된 연구를 하고 있지 않습니다. 하지만 이러한 내용을 마주한 적이 있다면 어쩌면 생에 한 번 정도 무의식에서라도 기인한 작은 결정이 우리는 모를 언젠가, 어떤 방식으로라도 이에 선한 영향을 주게 될 지도 모른다는 작은 생각 때문입니다.    미국의 University of Maryland 에서 박사후 연구원을 하고 계신 장찬용 박사님을 다음 주자로 모시고자 합니다. 십여년 전 같은 곳에서 visiting student 를 하며 치열한 한 때를 같이 했던 장찬용 박사님은 그 중 이후에도 저와 비슷한 경로를 걸어 온 몇 안되는 분이십니다. 전공인 생명과학 분야는 물론이고 다방면에 깊은 관심을 가지고 계시기에 어떤 책이던 매우 흥미로울 것 같습니다. 평소에 쓰시는 글들이 마치 한편의 수필과 같다는 생각이 들곤 하기에 장찬용 박사님께서 다음으로 어떤 책을 어떻게 소개해주실 지 벌써 궁금해집니다. 자세히 보기

르네상스 공돌이

탈모와 과학

전창훈 (cjun0828)

사람은 분명 개인으로 존재하지만, 동시에 군집생활을 하는 동물이다. 그래서 남들과 다르기를 바라면서도, 동시에 남들과 다르지 않기를 바라는 마음을 항상 가진다. 필요하면 나타내고 불리하면 숨길 수 있는 재력이나 학벌 등은 얼마든지 많이 가지기를 바랄 것이다. 하지만 눈으로 즉시 확인되는 외모는, 남들보다 출중하기를 바라면서도 동시에 사람들이 용납할만한 어떤 카테고리 안에 있길 원한다. 대표적인 것이 키와 몸무게다. 키가 작은 남자들은 작은 키가 너무 원망스럽다. 나는 나이가 들며 키가 사정없이 줄고 있다는 것을 느낀다. 분명 옛날에는 171이었는데, 몇 년 전 건강검진에서 키를 잴 때 169.5라고 차트에 적던 프랑스 간호사가 너무 미웠다. “학교에서 반올림도 안배웠어요? 왜 소숫점 아래까지 키를 적나요?”라고 속으로만 말했다. 하지만 키가 너무 큰 남성이 받는 스트레스도 다리 짧은 내가 느끼는 스트레스만큼 될 것이다. 몸무게 또한 마찬가지다. 체구가 좋은 사람들은 “다이어트는 내일부터!”라고 너스레를 떨며 양념통닭을 집어삼키지만, 정작 살이 너무 없어서 빼빼로같은 다리를 가진 사람들은 남들에게 농담도 못하고 속앓이를 할 것이다. 탈모는 대표적으로 남들 다 있는 것이 없어서 생기는 스트레스다. 다양한 모자가 생산되는 세상에서 보온을 위해서나 햇빛 가리는 용도로나 머리숱이 특별한 역할을 할 것같지 않은데도, 머리숱이 적은 사람들 스트레스는 어머어마한 모양이다. 그런데 대머리와는 정반대로 털이 없어야 하는 곳에 털이 나는 것으로 스트레스를 받는 사람들도 많다고 한다. 일상생활에 전혀 지장이 없는데도 어떤 곳에는 털이 많아야 하고 또 다른 부위에는 털이 없어야 한다니, 참 은밀하고도 복잡한 기준이다. 그래서 머리와 털관련 상품의 시장규모는 엄청나다. 한국내 샴푸시장만 연간 약 4조원이라고 한다. 인터넷에서 세계시장 규모를 검색해봤더니 샴푸와 컨디셔너, 오일, 염색제 등을 합한 Hair Care Products세계시장규모는 1000조원 (750억달러) 정도라고 한다. 2021년 대한민국 정부 국가 예산이 약 600조원이라니까, 세계의 샴푸 시장만 전부 장악해도 쉽게 ‘찐복지국가’를 만들 수 있을 것같다. ‘털시장’ 전체는 이보다 5배 정도는 더 클 것 같다. 우선 샴푸같은 세제 외에, 제모제, 면도기, 미용실과 이발소 (전세계 방방곳곳에 인구 천명당 하나씩은 존재할 것이다.) 그리고 발모제, 모발이식수술까지 합하고 가발산업까지 더해본다면 대충 계산이 나온다. 그 규모의 장대함에 입이 떡 벌어진다. ‘뼈와 살’도 아니고, 겨우 ‘머리카락과 털’이 가진 시장규모가 이렇게 크다니 말이다. 최근에 어느 바이오 벤처회사가 발모제에 온 연구역량을 집중한다는 뉴스를 본 적이 있다. 그런데 댓글 반응이 시큰둥했는데, 별로 안믿는다는 의견들이 많았다. 정말 애석한 일이지만, 황우석 박사가 줄기세포를 이용한 발모제에 총력을 기울였더라면 그 고초도 치루지 않았을 것이고, 많은 사람들에게 은인처럼 대접받았을 것이다. 우리 몸에는 재생가능 세포와 재생불가 세포가 있다고 한다. 대표적으로 거론되는 재생불가 세포는 신경세포, 재생가능 세포로는 간세포가 자주 언급된다. 그런데 재생가능 세포중에서는 재생후에도 계속 자라는 세포가 있다. 바로 털 종류와 손톱, 발톱이다. 이 세포들 속에 줄기세포가 많다는 이야기를 전문가에게 들은 적이 있어서 황우석 박사를 떠올려봤다. 위의 바이오 밴처가 연구에 성공한다면, 탈모방지약 뿐만 아니라 피부에 바르는 발모제도 나올 수 있을 것같다. 그래서 발모제 연고를 피부 특정부위에 바르고 잤더니 그 다음날 아침에 1센티 정도 자란 털이 마치 잘 가꾼 잔디밭처럼 만들어진 것을 보고 놀란다. 그리고 또다른 “헤어 스톱 연고”를 바르면 털의 성장을 그대로 멈추게 하는 것이다. 이런 약이 가능하다면, 아마도 우리는 머리털이 자라지않도록 컨트롤해서 미용실에 자주 가지 않아도 될 것이다. 정반대로, 발모제 연고를 사용하여 일주일만에 머리털이 엄청 자라게 한 후 전혀 새로운 헤어스타일을 만드는 분위기 변신도 가능하다. 골라서 입는 옷이나 모자와 안경처럼, 체모를 조절하게 되는 날이 올지도 모른다. 이 글에서 진짜 주장하고 싶은 것은 연구주제 선정에 관한 이야기다. 정치인들이 매력을 느낄만한 거창한 주제보다, 뭐가 진짜 우리에게 필요한지, 그리고 열광하게 만들지 고민해보자는 이야기다. 한쪽이 유행을 타면 전부 그 방향으로 달리지만, 나중에 돌아보면 그냥 감기처럼 앓다 지나간 일들이 많았다. 그래서 말인데, 발모연구처럼 “익숙해진 소소한 불가능”을 새롭게 보는 눈을 가져보자. 우주를 정복하고, 운전자 없는 자동차를 개발하고, 커피를 서빙하는 AI 로봇을 만들려는 거대한 사명감을 가끔 잊어보자. 잠시나마 짬을 내서 주변을 관찰해보는 시간을 가져보자. 일상속 소소한 비밀들은, 과학이 먼저 말을 걸어오길 아주 오래전부터 기다리고 있었을 것이다.   자세히 보기

연구실 탐방

[고려대학교] 디스플레이 및 나노센서 연구실

2005년, 주병권 교수의 부임으로 설립된 디스플레이 및 나노센서 연구실(Display and Nanosensor Lab., 일명 다이아나 랩)은 고려대학교 공과대학 전기전자공학과 소속 연구실로, 디스플레이(유기 발광 다이오드, 박막 트랜지스터)와 나노 센서(나노 소자 및 공정) 분야의 연구를 진행하고 있습니다. 특히 산업체들(삼성전자, 삼성디스플레이 등)과의 연구 과제를 지향하고 있으며 한국과학기술연구원(KIST), 한국기계연구원(KIMM), 한국세라믹기술원(KICET), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자기술연구원(KETI), 한국전자통신연구원(ETRI) 등의 연구기관들과도 유기적인 연구를 수행하고 있습니다. 다이아나 랩에서 배출한 동문들은 현재 약 200명에 이르고 있으며 국내외 유수 기업, 연구소, 학교 등 각지에서 산업 발전과 연구, 교육에 이바지하고 있습니다. 2-1. OLED용 광 추출 구조 제작 및 특성 분석 OLED(Organic Light-Emitting Diode, 유기 발광 다이오드)는 발광층이 유기화합물로 이루어져 있고, 전류 인가 시 빛을 발산할 수 있는 발광 다이오드(LED)를 말합니다. 전류 인가 시 발광층에서 생성되는 광자들은 기판(유리, 플라스틱 등)과 공기 중의 굴절률 차이로 인한 전반사(Substrate mode), 투명전극(ITO, IZO 등)과 유리기판 사이의 굴절률 차이로 인한 전반사(Waveguide mode), 유기층과 금속층 간의 전자기파로 광전자가 갇히는 SPP(Surface Plasmon Polariton) mode의 원인 등 여러 가지 이유로 인하여 광자의 약 20~30%만이 외부로 추출됩니다. 다이아나 랩에서는 광자가 갇히는 메커니즘을 분석하고 광 손실을 줄이기 위한 구조체를 디자인하여 이를 적용시켜 각 층의 계면에 갇히는 광자들을 추출하여 광 효율을 증가시키는 연구를 진행 중에 있습니다. 그림1. 광 추출 구조체 및 특성 분석 2-2. QD-OLED용 청색 열 활성화 지연 형광 성능 개선 OLED의 주요 발광 방식 중 하나인 형광(fluorescence)은 소자 안정성이 좋지만 열 또는 진동으로 인하여 소멸되어지는 입자(삼중항)들로 인해 내부 양자효율이 최대 25%로 낮다는 단점이 있습니다. 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)은 역 계간 전이(Reverse inter-system crossing)를 이용하여 이러한 단점을 개선할 수 있고, 최대 내부 양자효율을 100% 수준까지 상승시킬 수 있는 차세대 OLED 발광 방식입니다. 아직 적, 녹색에 비해 청색 TADF는 낮은 발광 효율과 짧은 수명 문제를 가지고 있기 때문에 OLED, 그리고 향후 양자점(Quantum Dot, QD) OLED 디스플레이용으로써 사용될 수 있도록 청색 TADF OLED의 발광 효율과 수명을 개선하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 그림2. Blue TADF 구조 및 특성분석 2-3. 유연 전자 소자용 투명 유연 전극 제작 유연 센서와 디스플레이용 투명 유연 전극을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 유연하거나 늘어나도 물리적, 화학적 안정성을 가진 기판 연구와 더불어 전극으로 사용되는 금속(은, 구리 등)을 전기방사(Electro-spinning) 장비를 이용하여 나노 패터닝 하여 투명 유연 전극을 제작하고 특성 분석을 진행하고 있습니다. 그림3. 투명 유연 전극 제작 방법 및 특성 평가 2-4. 유기 전자 소자용 박막 봉지 OLED는 수분과 산소에 매우 취약한 유기물과 금속으로 제작됩니다. 수분과 산소를 차단하기 위해 박막 봉지(Thin Film Encapsulation, TFE) 공정이 필수적이며, 박막 봉지는 스퍼터링(Sputtering), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 층별 증착법(Layer by Layer, LBL) 공정 등을 통해 제작할 수 있습니다. OLED에 사용할 수 있는 봉지 막 성능은 수분 투과도(WVTR ≤ 10-6g/㎡/day)와 산소 투과도(OTR ≤ 10-4g/㎡/day)가 요구됩니다. 이를 만족하며, OLED 광 효율도 개선할 수 있는 TFE 최적화 구조를 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 그림4. LBL 공정도 및 투명 배리어 특성 분석 2-5. 자기 기반 메모리(MRAM) 및 센서의 특성 분석 자기 기반 메모리(MRAM: Magnetic-Random Access Memory)는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction)의 특성을 이용하는 저항 변화 기반 메모리입니다. DRAM과 달리 비휘발성으로 리프레시(Refresh) 없이 데이터를 보존할 수 있는 장점을 가진 차세대 메모리로써, 현재 MRAM을 이루는 MTJ의 자성 물질과 그 구성의 변화에 따른 자기적 특성 분석 및 환경 조건에 따른 특성 변화, 특히 고온에서의 성질을 연구하고 있습니다. 그림5. MRAM 內 MTJ 소자의 특성 분석 자유로운 분위기 속에서 개인 연구 및 프로젝트를 수행하며, 이를 통해 연구실 학생들은 독립적인 연구 역량을 강화하고 있습니다. 또한, 주기적인 세미나를 진행하여 각 연구 주제별 최신 동향 및 연구 결과를 공유합니다. 구성원들간 활발한 소통을 통해 연구 방향을 수립하고 실험 결과에 대해 피드백을 진행하여 발표 및 연구 역량을 강화하고 있습니다. 연구 측면 이외에도 단합을 위하여 연구실 행사를 주최하고 있습니다. 워크샵, 홈 커밍 데이 등을 기획하여 연구실원들간 친목 도모와 더불어 선후배들 간의 교류를 통해 학계와 산업계 간 소통의 장도 마련하고 있습니다.   다이아나 랩에 관심이 있는 분들은 하단의 주소 및 연락처 참고 부탁드리며, 추가로 운영하고 있는 블로그에는 디스플레이 및 센서 관련 뉴스, 학업 자료 등이 잘 정리되어 있으니 많은 참조 바랍니다. ■ 주소  :서울특별시 성북구 안암로 145 고려대학교 자연계 캠퍼스 공학관 241호 ■ 전화번호  :02-3290-3671 ■ 홈페이지  : http://diana.korea.ac.kr/xe/ ■ 블로그  : https://blog.daum.net/jbkist 자세히 보기