IBS, 전자 1개가 여러 원자에 존재하는 양자상태 발견
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문상경
작성일20-07-21 12:17
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네이처 논문 게재…양자정보 전달 수단으로 확장 기대
[서울=뉴시스] 덩치삼황화린니켈의 결정 구조.[서울=뉴시스] 이재은 기자 = 기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구단 박제근 전 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)은 서강대 정현식씨, 연세대 김재훈씨, 고등과학원 손영우씨 등과 함께 자성을 띤 2차원 물질에서 독특한 신호를 발견했다. 이 신호는 전자 1개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 양자다체상태의 새로운 엑시톤인 것으로 확인됐다.
엑시톤은 자유전자와 양공으로 이루어진 입자로, 광자를 방출하는 양자상태이기 때문에 양자광원이 필요한 양자정보통신에 중요한 열쇠로 거론된다.
이번에 발견한 새로운 엑시톤은 삶과 죽음이 중첩되어 존재하는 슈뢰딩거의 고양이처럼 전자 1개가 여러 원자에 나누어 존재한다. 이 엑시톤은 이론적으로 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이다.
과학기술정보통신부와 기초과학연구원는 이번 성과가 세계적 학술지 네이처(Nature, IF 42.778)에 21알 게재됐다고 밝혔다.
연구진은 2차원 자성물질(삼황화린니켈, 이하 NiPS3)에서 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 서로 다른 세 가지 실험으로 확인하고 이 신호 데이터를 계산하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 규명했다. 결맞음성이란 파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치함을 이른다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을 갖는 레이저가 결맞음성이 높다.
면 형태의 2차원 물질은 1차원이나 3차원에서 나타나지 않는 전자 상호작용으로 독특한 물리적 특성을 갖는다. 이번 실험에 사용된 NiPS3는 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다.
연구진은 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 2차원 NiPS3에서 결맞음이 강한 빛 신호를 발견했다.
이후 빛의 운동량과 에너지 분산관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 수행하고, 고체 내 다른 원자들과의 상호작용을 완벽하게 고려한 양자역학적 이론인 다체 이론으로 이 엑시톤 데이터를 설명했다.
연구진은 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 방대한 양의 계산을 수행하였으며, 이를 공명 비탄성 X선 산란실험 결과와 비교하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 알 수 있었다.
양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로, 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대된다.
2차원 물질은 그래핀처럼 층을 쌓아 조립할 수 있어 응용성이 크다. 또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있는데, 이 때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다.
이 엑시톤은 에너지 폭이 매우 좁은, 결맞음성이 높은 신호를 보이는데 초전도체, 초유체 등 특이한 물리 현상들도 결맞음성과 관련이 있다.
박제근 전 부연구단장은 “2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다”며 “우리 연구진이 개척해서 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 의미를 밝혔다.
☞공감언론 뉴시스 [email protected]
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과학기술정보통신부와 기초과학연구원는 이번 성과가 세계적 학술지 네이처(Nature, IF 42.778)에 21알 게재됐다고 밝혔다.
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연구진은 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 방대한 양의 계산을 수행하였으며, 이를 공명 비탄성 X선 산란실험 결과와 비교하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 알 수 있었다.
양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로, 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대된다.
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세계가 반한 'LG 나노셀 TV'
사진=LG전자
사회적 거리두기 때문일까. 올해 극장을 찾던 관객은 TV에서 온라인동영상서비스(OTT)를 보는 게 일상이 되고 있다. 하늘길이 막힌 해외여행객은 TV에서 유명 해외 여행지를 찾아보고, 게이머는 올해 신작 8K 콘솔을 플레이하기 위해 대형 TV로 시선을 돌리는 중이다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 올해 1분기 60형 이상 대형 LCD TV 시장은 출하량 570만대 수준으로 전년 동기보다 약 120% 상승했다. 최근 비대면 트렌드가 집에서 여가를 보내려는 변화로 나타났고, 비교적 부담이 덜한 대형 LCD TV 수요로 이어지고 있다. 해외에서 'LG 나노셀 TV'에 대한 관심이 높아진 것도 이 같은 맥락이다.
김광회 넥스트데일리 기자 [email protected]
◇LCD TV로 몰린 '거거익선'과 'LG 나노셀 TV'를 향한 관심
3월 출시된 LG 나노셀 TV를 두고 해외 유력 매체 호평이 이어지고 있다. 소비자가 원하는 중저가 LCD TV는 많지만 그중에서도 나노셀 기술을 적용한 LG 제품이 다른 경쟁 제품들을 압도하고 있다는 평가다. 이들은 모두 △탁월한 시야각 △놀라운 색 정확도 △압도적 화질에서 극찬을 아끼지 않았다. 이 같은 강점이 게임에 최적화됐다며 큰 기대를 모으는 모습이 눈에 띈다. 게임은 실내에서 여가를 즐기는 방법 중 하나다. 최근 사회적 거리두기를 지키면서 안전한 휴가를 선호하는 경향이 TV를 고르는 기준으로 자리 잡고 있다고도 볼 수 있다.
실제로 호캉스와 펜캉스, 홈캉스, 글램핑 등은 올해 휴가철을 앞두고 가장 많이 거론되는 키워드다. TV 역시 이 같은 안전한 휴가를 보내는 데 있어 빠질 수 없다. 다만 실내에서 보내는 이번 휴가는 기존 야외 여행을 대신하는 성격을 띠게 되므로 답답함을 해소할 정도의 몰입감 높은 대화면 TV를 더 선호한다는 분석이다.
사진=LG전자
'거거익선' 트렌드는 세계 TV 시장에서도 크게 다르지 않다. 옴디아 1분기 자료에 따르면 코로나19로 소비 심리가 위축된 상황에서도 60형 이상 대형 LCD TV 시장은 성장세가 유지되고 있는 것이 이를 뒷받침한다. 하지만 같은 LCD TV라도 제조사에 따라 큰 차이를 보이기 마련이다. 나노셀 TV를 향한 해외 호평과 인기도 여기서 기인한다.
◇매스티지 LCD, 'LG 나노셀 TV'
LCD TV 약진 이유로는 OLED TV에 비해 크게 뒤처지지 않는 화질과 함께 상대적으로 저렴한 비용이 꼽힌다. 1분기 들어 대형 TV를 찾는 소비자는 늘어났지만 합리적인 비용으로 해결하려는 소비 심리도 작용하는 것이다. LG전자는 라인업 다양화와 매스티지 전략으로 대응한 것으로 보인다. 같은 중저가 LCD TV에서 독보적인 기술력을 더해 차별화를 꾀했다고 볼 수 있다. 매스티지란 웰빙과 실속이 합쳐진 말로 흔히 '값싼 명품'으로 통한다. 나노셀 TV는 OLED TV에 비해 가격은 저렴하면서 그것에 가까운 품질을 누릴 수 있어 대표 매스티지 가전 중 하나로 자리를 잡아가고 있다.
나노셀 TV는 기존 LCD TV에서 가장 진보한 방식이다. [인포그래픽=LG전자]
이름에 쓰인 '나노셀'만 하더라도 약 1㎚(10억 분의 1미터) 극미세 입자를 시청자 눈과 가장 가까운 패널 단계에 적용한 기술이다. 나노입자는 LCD 패널 위에 덧입혀져 TV 백라이트에서 나오는 빛의 파장을 정교하게 조정하는 역할을 한다. 기존 LCD TV는 원색에 다른 색 파장이 미세하게 섞이며 실제와 다른 색처럼 보이는 문제가 있었지만 나노셀이 간접 색 파장을 흡수하면서 정확한 색 표현에서 강점을 갖게 됐다.
미국 유력 경제지 '포브스'의 소비자 기술 부문 수석 기고자이자 TV 전문가인 존 아처는 LG 나노셀 TV(모델명:65NANO90)에 대해 “충격적일 만큼 유망한 제품(Shockingly Promising)”이라고 극찬하며 “중간 가격의 LCD TV 시장을 흔드는 잠재력이 있다고 확신한다”고 말했다. 또 “나노셀 기술과 시야각 기능이 결합돼 올바른 방향으로 도약한 제품”이라고 강조했다.
나노셀이 적용되지 않은 일반 LCD TV와 나노셀 TV를 시뮬레이션 한 모습 [사진=LG전자]
시야각이 좋은 IPS 패널은 낮은 소비전력만으로 120㎐ 주사율을 보여줘 빠른 움직임의 게임에도 눈이 편안하다. 여기에 '돌비비전 IQ' 'HDR 10' 'HLG' 등 다양한 포맷의 HDR와 '돌비 애트모스'까지 지원한다. 그 외에도 8K 제품은 유튜브 8K 영상재생 코덱인 'AV1' 'VP9'은 물론 'HEVC'를 내장했다. HDMI 2.1 단자 4개를 탑재해 외부기기 연결을 통한 8K 콘텐츠 감상에도 무리가 없도록 했다.
디자인도 큰 화면에 비해 두께가 얇아 공간 활용이 효율적이며, 화면 상단과 양쪽 베젤도 아주 얇아 몰입감이 높다. 게다가 최근에는 65형 모델(65NANO93, 65NANO83)이 글로벌 안전 인증기관인 UL로부터 시력 보호에 대한 '광생물학적 LED 안전성' 검증을 진행해 최고 안전등급인 '유해성 면제(Exempt)'를 받았다. 합리적인 가격에 장시간 홈캉스를 누리기 위한 조건을 두루 갖춘 셈이다.
나노셀 TV에 탑재된 딥러닝 기반의 3세대 인공지능 프로세서 알파9 3세대는 최대 8K 화질과 음향 업스케일링을 지원한다. [사진=LG전자]
큰 화면에서 추억의 옛 영화를 보거나 게임을 플레이 하더라도 화질과 음질 저하는 거의 느껴지지 않는다. 주요 모델은 딥러닝 기반의 3세대 인공지능(AI) 프로세서가 원본 영상의 화질과 음향을 스스로 분석한 후 최적화해 마치 최신 콘텐츠처럼 즐길 수 있다. 또 인공지능 홈 보드 기능을 이용하면 TV와 연동된 가전 전부를 한눈에 확인하고 손쉽게 제어할 수 있다. 음성인식도 가능해서 말 한마디로 원격 제어하거나 날씨, 주식 정보를 검색할 수 있다.
◇고효율과 넓은 선택폭…지금 사면 더 합리적
매스티지인 LG 나노셀 AI 씽큐(NANO87 시리즈)는 최근 에너지 소비효율 1등급을 받아 한국에너지공단에서 시행하는 '으뜸효율 가전제품 구매비용 환급사업' 대상 품목으로도 선정됐다. 그만큼 고효율은 2020년형 LG 나노셀 TV의 매력 가운데 하나다. 1등급을 유지할 정도로 최저 수준의 전력만 소비하지만 주요 TV 성능 구현에는 아무런 무리가 없다.
으뜸효율가전에 속하는 LG 나노셀 TV는 구매 후 한국에너지관리공단 홈페이지에서 10% 환급 신청을 할 수 있다.[사진=LG전자]
으뜸가전 환급은 한국에너지관리공단 홈페이지 내 환급 신청 사이트에서 진행할 수 있다. LG 나노셀 TV 모델명과 거래대금을 입력하고 거래내역서와 영수증을 첨부하면 최대 30만원 한도에서 구매 금액의 10%를 환급받는다. 이 사업은 환급 재원 소진 시까지 진행된다. 전보다 더 늘어난 선택폭도 비용부담과 기호의 균형을 최대한 맞추기 용이한 조건이다. LG 나노셀 TV는 8K 해상도 제품으로 75형(75Nano99, 75Nano97), 65형(65Nano99, 65Nano97), 4K 해상도 제품으로 86형(86Nano93), 75형(75Nano93), 65형(65Nano93), (65Nano83), 55형(55Nano83) 등으로 다양화했다.
8K 모델은 LG OLED TV와 마찬가지로 수평〃수직 방향에서 화질선명도(CM) 90% 이상을 만족한다. 이는 국제디스플레이계측위원회(ICDM)가 명시한 8K TV 표준 중 하나인 최소 50% CM을 훨씬 웃도는 값이다. 8K 영상물 감상을 위한 대화면 TV에서도 나름의 한 선택지가 될 수 있는 대목이다.
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3월 출시된 LG 나노셀 TV를 두고 해외 유력 매체 호평이 이어지고 있다. 소비자가 원하는 중저가 LCD TV는 많지만 그중에서도 나노셀 기술을 적용한 LG 제품이 다른 경쟁 제품들을 압도하고 있다는 평가다. 이들은 모두 △탁월한 시야각 △놀라운 색 정확도 △압도적 화질에서 극찬을 아끼지 않았다. 이 같은 강점이 게임에 최적화됐다며 큰 기대를 모으는 모습이 눈에 띈다. 게임은 실내에서 여가를 즐기는 방법 중 하나다. 최근 사회적 거리두기를 지키면서 안전한 휴가를 선호하는 경향이 TV를 고르는 기준으로 자리 잡고 있다고도 볼 수 있다.
실제로 호캉스와 펜캉스, 홈캉스, 글램핑 등은 올해 휴가철을 앞두고 가장 많이 거론되는 키워드다. TV 역시 이 같은 안전한 휴가를 보내는 데 있어 빠질 수 없다. 다만 실내에서 보내는 이번 휴가는 기존 야외 여행을 대신하는 성격을 띠게 되므로 답답함을 해소할 정도의 몰입감 높은 대화면 TV를 더 선호한다는 분석이다.
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나노셀 TV는 기존 LCD TV에서 가장 진보한 방식이다. [인포그래픽=LG전자]이름에 쓰인 '나노셀'만 하더라도 약 1㎚(10억 분의 1미터) 극미세 입자를 시청자 눈과 가장 가까운 패널 단계에 적용한 기술이다. 나노입자는 LCD 패널 위에 덧입혀져 TV 백라이트에서 나오는 빛의 파장을 정교하게 조정하는 역할을 한다. 기존 LCD TV는 원색에 다른 색 파장이 미세하게 섞이며 실제와 다른 색처럼 보이는 문제가 있었지만 나노셀이 간접 색 파장을 흡수하면서 정확한 색 표현에서 강점을 갖게 됐다.
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나노셀이 적용되지 않은 일반 LCD TV와 나노셀 TV를 시뮬레이션 한 모습 [사진=LG전자]시야각이 좋은 IPS 패널은 낮은 소비전력만으로 120㎐ 주사율을 보여줘 빠른 움직임의 게임에도 눈이 편안하다. 여기에 '돌비비전 IQ' 'HDR 10' 'HLG' 등 다양한 포맷의 HDR와 '돌비 애트모스'까지 지원한다. 그 외에도 8K 제품은 유튜브 8K 영상재생 코덱인 'AV1' 'VP9'은 물론 'HEVC'를 내장했다. HDMI 2.1 단자 4개를 탑재해 외부기기 연결을 통한 8K 콘텐츠 감상에도 무리가 없도록 했다.
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나노셀 TV에 탑재된 딥러닝 기반의 3세대 인공지능 프로세서 알파9 3세대는 최대 8K 화질과 음향 업스케일링을 지원한다. [사진=LG전자]큰 화면에서 추억의 옛 영화를 보거나 게임을 플레이 하더라도 화질과 음질 저하는 거의 느껴지지 않는다. 주요 모델은 딥러닝 기반의 3세대 인공지능(AI) 프로세서가 원본 영상의 화질과 음향을 스스로 분석한 후 최적화해 마치 최신 콘텐츠처럼 즐길 수 있다. 또 인공지능 홈 보드 기능을 이용하면 TV와 연동된 가전 전부를 한눈에 확인하고 손쉽게 제어할 수 있다. 음성인식도 가능해서 말 한마디로 원격 제어하거나 날씨, 주식 정보를 검색할 수 있다.
◇고효율과 넓은 선택폭…지금 사면 더 합리적
매스티지인 LG 나노셀 AI 씽큐(NANO87 시리즈)는 최근 에너지 소비효율 1등급을 받아 한국에너지공단에서 시행하는 '으뜸효율 가전제품 구매비용 환급사업' 대상 품목으로도 선정됐다. 그만큼 고효율은 2020년형 LG 나노셀 TV의 매력 가운데 하나다. 1등급을 유지할 정도로 최저 수준의 전력만 소비하지만 주요 TV 성능 구현에는 아무런 무리가 없다.
으뜸효율가전에 속하는 LG 나노셀 TV는 구매 후 한국에너지관리공단 홈페이지에서 10% 환급 신청을 할 수 있다.[사진=LG전자]으뜸가전 환급은 한국에너지관리공단 홈페이지 내 환급 신청 사이트에서 진행할 수 있다. LG 나노셀 TV 모델명과 거래대금을 입력하고 거래내역서와 영수증을 첨부하면 최대 30만원 한도에서 구매 금액의 10%를 환급받는다. 이 사업은 환급 재원 소진 시까지 진행된다. 전보다 더 늘어난 선택폭도 비용부담과 기호의 균형을 최대한 맞추기 용이한 조건이다. LG 나노셀 TV는 8K 해상도 제품으로 75형(75Nano99, 75Nano97), 65형(65Nano99, 65Nano97), 4K 해상도 제품으로 86형(86Nano93), 75형(75Nano93), 65형(65Nano93), (65Nano83), 55형(55Nano83) 등으로 다양화했다.
8K 모델은 LG OLED TV와 마찬가지로 수평〃수직 방향에서 화질선명도(CM) 90% 이상을 만족한다. 이는 국제디스플레이계측위원회(ICDM)가 명시한 8K TV 표준 중 하나인 최소 50% CM을 훨씬 웃도는 값이다. 8K 영상물 감상을 위한 대화면 TV에서도 나름의 한 선택지가 될 수 있는 대목이다.
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