■ 김헌정 교수팀, '대칭 구조' 물질에서 세계 최초로 전류 변환 기술 발견
■ 농산업 실전역량강화 취·창업 경진대회 대학 창업부문 '대상' 수상
[프라임경제] 대구대학교 연구팀이 최근 과학계의 오랜 상식을 뒤엎는 획기적인 연구 결과를 발표해 세계적인 주목을 받고 있다.
대구대학교 에너지배터리학과 김헌정 교수 연구팀(제1저자: 유수프 아데예미 살라우 박사과정생)은 내부에 비대칭 구조가 전혀 없는, 완벽한 '중심 대칭 구조'를 가진 차세대 신소재 '바일 금속(Weyl metal)'에서 세계 최초로 정류 현상을 발견하고 그 원리를 규명했다.
이번 연구 성과는 물리학 및 재료과학 분야 최고 권위 학술지인 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐으며, 후속 연구 결과 역시 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼스에 게재될 예정이다.
이는 대구대학교 연구팀의 연구가 독창성과 학술적 중요성을 세계적으로 인정받았음을 의미한다.
지금까지 과학계에서는 일방통행 도로(비대칭 구조)가 있어야만 정류 현상이 일어난다고 믿어왔다. 즉, 구조적으로 대칭인 물질에서는 전류가 양방향으로 자유롭게 흘러야 하며, 정류는 원리적으로 불가능하다는 것이 정설이었다.
하지만 김헌정 교수 연구팀은 지르코늄 펜타텔루라이드(ZrTe5)라는 바일 금속 물질을 이용한 실험에서 이러한 통념을 완전히 뒤집었다. ZrTe5는 원자 배열이 완벽한 중심 대칭을 이루고 있어 기존 이론에 따르면 정류 현상이 절대 나타날 수 없는 물질이다.
연구팀은 이 물질에 교류 전류를 흘려주었을 때, 놀랍게도 직류 전압이 발생하는 것을 확인했다. 이는 양쪽으로 뚫린 터널에서 차들이 한쪽으로만 나오는 것과 같은, 놀라운 발견이었다.
그렇다면 어떻게 완벽한 대칭 구조의 물질에서 정류 현상이 가능했을까? 연구팀은 그 해답이 '동적 대칭 깨짐' 이라는 새로운 물리 현상에 있음을 밝혀냈다.
물질의 원자 구조 자체가 변하는 것이 아니라, 전류에 의해 유도된 동적인 상태 변화가 마치 비대칭 구조를 가진 것처럼 만들어 정류 현상을 가능하게 한 것이다.
김헌정 교수는 "완벽하게 균형 잡힌 팽이가 천천히 돌 때는 안정적인 대칭을 유지하지만, 아주 강한 힘으로 돌리면 비틀거리며 비대칭적인 운동을 보이는 것과 유사한 원리"라고 설명하며, "우리는 외부 전류라는 힘을 이용해 물질 스스로 자신의 대칭성을 깨뜨리는 새로운 전기적 스위치를 발견한 셈"이라고 덧붙였다.
이러한 동적 대칭 깨짐 현상은 기존에 알려지지 않은 새로운 방식의 정류 메커니즘일 뿐만 아니라, 특정 조건에서만 작동하도록 제어할 수 있다는 점에서 큰 의미를 지닌다.
김헌정 교수 연구팀의 이번 성과는 단일 발견에 그치지 않고, 두 편의 권위 있는 논문을 통해 그 학술적 깊이와 보편성을 입증했다.
먼저 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 논문은 비스무트-안티모니(Bi1−xSbx) 합금에서 이러한 ‘대칭-금지 정류 현상’의 가능성을 세계 최초로 제시하고 이론적 모델을 구축했다.
이어 어드밴스드 머티리얼스에 게재될 예정인 논문은 완전히 다른 물질인 ZrTe5에서도 동일한 현상이 나타남을 증명함으로써 이 현상이 특정 물질에 국한되지 않는 보편적인 원리임을 확립했다.
특히 이 후속 연구에서는 정류 현상뿐만 아니라 입력된 주파수의 정수배에 해당하는 새로운 주파수 신호(고조파)가 발생하는 것까지 확인했다. 이는 마치 악기가 기본음 외에 다양한 배음을 내는 것과 같으며, 이 시스템이 매우 복잡하고 비선형적인 동적 특성을 가졌음을 보여주는 강력한 증거다.
이는 향후 혼돈 이론(Chaos Theory)과 같은 더 깊은 물리 현상 연구로 이어질 수 있는 발판을 마련했다는 평가다.
이번 연구는 대구대학교 에너지배터리학과 김헌정 교수의 지도 아래, 유수프 아데예미 살라우 박사과정생이 제1저자로서 연구를 주도했다.
이번 발견은 기초 과학의 지평을 넓혔을 뿐만 아니라, 미래 기술에 적용될 무한한 가능성을 제시한다.
김헌정 교수는 "이번 발견은 마치 완벽하게 둥근 공을 그 모양 그대로 둔 채 한쪽 방향으로만 구르게 만든 것과 같다. 이는 물질에 대한 우리의 근본적인 이해에 도전하는 결과이며, 양자 수준에서 새로운 유형의 전기 스위치를 구현한 것이다. 이 기술은 향후 테라헤르츠(THz) 통신, 에너지 하베스팅, 그리고 기존 반도체의 한계를 뛰어넘는 초고속·저전력 양자 소자 개발로 이어질 수 있는 중요한 열쇠가 될 것이다"고 말했다.
연구팀이 발견한 정류 효과는 외부 전류나 자기장, 온도를 통해 정밀하게 켜고 끌 수 있어, 기존에 없던 새로운 개념의 전자 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.
특히 1초에 1조 번 진동하는 테라헤르츠파를 제어하는 기술은 차세대 6G 통신, 고해상도 이미징, 보안 검색 등에 필수적인데, 이번 연구 결과는 이 분야에 새로운 돌파구를 제공할 것으로 보인다.
대구대학교에서 이룬 이번 쾌거는 지역 대학의 연구 역량이 세계적인 수준에 도달했음을 보여주는 자랑스러운 사례이며, 앞으로 이어질 후속 연구와 기술 상용화에 대한 기대를 한층 높이고 있다.
■ 농산업 실전역량강화 취·창업 경진대회 대학 창업부문 '대상' 수상
퇴비화분을 활용한 양분 및 식물 생장 효과 주제 발표로 수상
대구대학교가 농림축산식품부와 농림수산식품교육문화정보원(농정원)이 주최한 '2025 농산업 실전역량강화 취·창업 경진대회'에서 대학 창업부문 대상을 수상했다.
이번 프로그램은 지난 5월부터 8월까지 진행됐으며, 고등·대학부를 대상으로 취·창업 계획서 작성, 현장 탐색(진로이음), 역량강화(취·창업 캠프), 성과 확산(고도화 컨설팅) 과정을 거쳐 본선에 진출할 20팀(3인 1팀)이 선발됐다.
본선에 오른 대구대 Earth Nest 동아리(동물자원학과 오진철·이강민·오수아)는 '퇴비화분을 활용한 양분 및 식물 생장 효과'를 주제로 창업 아이템을 발표해 창업부문 대학부 대상(농림축산식품부 장관상)을 차지했다.
수상 팀은 상금 50만원과 함께 오는 11월 열리는 농업계대학 역량강화 국외현장실습에 연수생으로 선발돼 7박 8일 일정으로 뉴질랜드 현장 실습에 참여할 예정이다.
오진철 학생(동물자원학과 4학년)은 "가축 분뇨의 퇴비 소비 방안을 고민하다 퇴비화분을 고안하게 됐다"며 "이를 통해 화학비료 사용을 줄이고 수질오염과 부영양화까지 예방할 수 있어 창업 아이템으로서 가능성을 확인했다"고 말했다.
원승건 대구대 농업계학교 교육지원사업 단장(동물자원학과 교수)은 "학생들이 현장에서 문제를 발견하고 자연순환의 관점에서 창의적 아이디어로 발전시킨 점이 의미 있다"며 "이번 수상을 계기로 농축산업 발전에 기여할 인재로 성장하길 바라며 적극적으로 지원하겠다"고 강조했다.
