다양한 기능성 산화물 연구로 차세대 성장동력 원천기술 개발
반도체·메모리·광촉매·초고용량캐패시터·태양전지 등 응용분야도 다양
반도체성 산화물 연구로 고품질 신기능 소자 개발
이 연구실은 특이한 양자 물성을 가진 반도체성 산화물 및 전이 금속 나노 구조 시스템의 디자인, 합성, 나노스케일 패턴 전이 기술 개발 및 소자 물성 연구 등을 통해 기초 연구뿐만 아니라 다가올 에너지 위기시대를 대비해 신재생에너지와 관련된 다양한 에너지 저장, 생산 소자, 열 변환 소자 등 응용기술 개발에도 많은 연구를 하고 있다. 연구실에서 연구하고 있는 다양한 산화물들은 절연체에서부터 초전도체까지 다양한 물성을 보여주는데 이 물질들을 저차원의 나노 구조화 했을 경우 기존의 패러다임에서 상상할 수 없었던 고품질 신기능 소자 등을 개발할 수 있다는 설명이다. 이처럼 신물질을 개발하고 이런 특성을 이용한 신개념 전기전자 자성소자 화학센서 바이오센서 열전소자 메타물질 광촉매 에너지저장소자 등을 연구하는 것이 강 교수의 연구분야이다.
전기수력학적 리소그래피 기술 개발중반도체·메모리·디스플레이·태양전지 등 응용 다양
강 교수는 지난 2006년부터 현재 상온에 가까운 온도인 68°C에서 금속상에서 부도체상으로 급격히 상전이 현상을 보이는 VO2라는 물질의 양자 물성 및 이의 상전이 메카니즘 연구를 삼성전자 및 영국 캠브리지대학과 공동으로 진행해 나가고 있다. 이산화바나듐은 발견된 지 60여년이 지났지만 아직도 그 원리와 메커니즘이 뚜렷하게 밝혀지지 않은 채 현재까지 고체 물리학 분야에서 상당한 논란의 중심 되고 있다. 이 연구실은 비교적 간단한 비촉매 ‘열화학기상증착법’을 이용해 1차원 단결정 이산화바나듐 나노와이어의 성장에 성공했다. 특히 다양한 사파이어 기판 위에 에피택시(Epitaxy) 성장을 이용해 세계 최초 성장 방위 제어를 성공했다.
또한 강 교수는 “우리 연구실에서는 기존 전자 빔 나노 식각 장비 등 고가의 나노 패턴 전이 기술의 한계를 해결하기 위한 대안으로 전기수력학적 현상을 이용한 새로운 리소그래피(Lithography) 기술을 개발하고자 이번 일반 연구자 과제에 지원했다”며 “이미 상당 부문 관련 기초 연구가 진행중”이라고 밝혔다. 전기수력학적 리소그래피 기술은 두 장의 전도성 기판 사이에 전이 금속 전구체로 이루어진 유체 필름을 넣고 두 기판사이에 전압을 인가하게되면, 유체 내부에 대류가 형성되어 불안정해지기 시작하고, 시간이 지남에 따라 불안정해진 유체의 진동의 진폭이 커지면서 나노스케일의 다양한 패턴이 형성되는 원리를 바탕으로 한쪽 기판에 미리 원하는 패턴을 만들어 놓으면 다른 한쪽 기판에 그 패턴이 그대로 완벽하게 복제되는 아주 간편한 대면적 패턴 전이 기술이다. 이렇게 패턴 전이된 대면적 나노 구조물들은 간단한 열처리를 거친후 반도체 소자(FET), 광학, 메모리, 디스플레이, 태양전지, 메타 물질, 센서 등 다양한 응용 분야에 바로 이용될 수 있을 것으로 보인다.
연구결과 세계 최고 저널에 발표주요 언론 ‘주목할 만한 연구성과’로 소개
강 교수는 최근 연구중인 새로운 전기수력학 기반 기능성 무기재료 나노 패턴 전이 기술 개발 및 응용 연구 외에도 그동안 교육과학기술부 지원 중점 연구소 사업(기초과학연구소), SRC 사업(나노 튜브 및 나노 복합 구조 연구 센터), BK 21 사업(물리학과 BK 21 사업), WCU 사업 (신개념 융복합 에너지 과학과) 등의 세부 책임자 등을 맡아 주도적으로 참여하고 있다. 이러한 다양한 연구 결과를 Nature Nanotechnology, Nano Letters, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nanotechnology 등 관련 분야 세계 최고 저널에 논문에 발표했다. 이 결과물들은 각종 인터넷 포탈 사이트 및 국내 주요 일간지 등에 주목할 만한 연구 성과로 소개되기도 했다.2010년에는 2009년 Nano Letters에 발표된 이산화버나듐 나노와이어에서의 상전이 연구에 대한 우수 연구 성과를 바탕으로 성균관대 자연과학부 우수연구 논문상을 수상하기도 했다. 강 교수는 이같은 활발한 연구활동 외에도 나노 관련 세계적 저널인 영국 물리학회에서 발간되는 Nanotechnology 저널의 편집위원으로 2006년부터 활동하고 있으며 올해부터는 Nanoscience and Nanotechnology-Asia 저널에 편집위원으로 위촉돼 일하고 있다.
이 연구실의 또 하나 중요한 성과로 평가받고 있는 것은 연구실 역사가 이제 겨우 6년이 지났음에도 불구하고 석사 학위를 받고 졸업한 강 교수 제자 전원이 삼성 등 주요 산업체에서 연구원으로 일하고 있다는 것. 또한 이 연구실에서 박사학위를 마친 제자들을 비롯해 그동안 연구실을 거쳐간 박사후 연구원 대다수가 국내외 대학교수로 진출, 국내 다른 대학 연구실과 비교될 정도로 단기간에 우수한 성과를 내고 있다는 점이다.
각자의 위치에서 최고가 되기를 바라는 교수의 남다른 제자 사랑
이 연구실의 최종 목표는 NT(나노 기술), BT(바이오 기술), IT(정보 기술) 등을 결합한 컨버젼스 테크놀로지(융합 기술)을 개발, 다 학문간의 경계에서 창출될 수 있는 정밀 제어된 물성을 가진 신물질을 개발하고 이를 바탕으로 한 차세대 성장 동력 산업의 핵심이 될 원천 기술을 개발하는 것이다. 또한 제자들이 이 사회가 필요로 하는 인재로 거듭 나 각자의 위치에서 최고가 되었으면 하는 소망과 함께 이 연구실이 그런 인재들을 양성하는 진정한 산실이 되어 세계적으로도 인정받는 연구실로 발전했으면 하는 목표를 갖고 있다. 어렸을 때부터 주변에서 일어나는 자연현상에 늘 호기심을 갖고 어른들에게 질문하기를 좋아했다는 강 교수는 궁금한게 있으면 어떻게든 알아내야만 직성이 풀리는 성격이다. 결국 그런 성격이 그를 과학자의 길로 이끌었는지 모르겠다.강 교수는 “늘 한결 같아라 라는 말을 제자들에게 많이 해준다”면서 “20대에 할 수 있는 최선의 투자는 공부에 투자하는 것”이라고 말했다. 그래서 제자들이 좀 더 자기가 하는 일에 열정을 갖고 즐기면서 최선을 다하는 모습을 보고 싶어 한다. 지난 1989년 연세대를 졸업한 강 교수는 미국으로 건너가 플로리다 대학교에서 재료공학 석사학위를, 1995년과 1999년에 각각 영국 캠브리지 대학교에서 물리학 석사와 박사학위를 취득했다. 미국 메릴랜드 대학교와 영국 캠브리지 대학교에서 박사후 연구원 생활을 거쳐 캠브리지 대학교 나노사이언스센터에서 책임연구원을 역임한 뒤 현재 성균관대 자연과학대학 물리학과 및 에너지과학과 부교수로 재직하고 있다.