「KRISS 人」

- 세계 수준의 기술로,

세계 수준의 KRISS를 만들어 나가다. -

 

 

KRISS는 연구원들이 보다 우수한 연구 성과를 만들어낼 수 있도록 다양한 제도를 통해 우수 연구자들을 대우하고 있다. 이 중 가장 대표적인 ‘펠로우 제도’는 KRISS의 세계 초일류(超一流)에 기여할 우수 연구자를 선정해 창의적이고 안정적인 연구를 수행할 수 있도록 지원하는 제도다.

 

지난 2007년 펠로우 제도가 시작된 후 2019년까지 KRISS에는 역대 단 한 명의 연구원만이 펠로우로 선정된 바 있다. 그로부터 십 수년이 지난 2020년과 2021년, KRISS는 매해 한 명의 새로운 연구자를 새로운 펠로우로 선정했다. KRISS의 펠로우로 선정된 이용호, 황찬용 책임연구원을 만났다.

 

 

 

 

 

세계 최고 성능의 스퀴드 센서

 

2020년 KRISS 펠로우로 선정된 이용호 책임연구원은 초전도양자간섭소자를 이용한 초고감도 자기장 센서와 측정장치를 개발하고 활용하는 기술을 연구하고 있다. 인간이 만든 자기 센서 중 민감도가 가장 우수하다고 알려진 스퀴드(SQUID) 센서와 시스템 기술 연구로 세계 최고 수준의 기술력을 갖추게 된 것이다.

 

이용호 책임연구원 팀이 개발한 스퀴드 센서와 이를 활용한 시스템 기술 연구는 선진국의 기술보다 출력 계수가 약 10배 이상 향상된, 그야말로 세계 최고 수준의 기술력을 자랑한다.

이를 이용해 개발한 뇌자도 및 심자도 측정장치를 호주, 독일 및 국내 업체에 기술이전 함으로써 기술이전 수임료를 약 50억 원 이상 거둬들이기도 했다.

 

이용호 책임연구원의 이 기술이 주목받는 이유는 다양하다. 뇌자도 측정기술의 경우 세계 최초로 액체헬륨의 주기적 보충이 필요 없는, 연속적인 헬륨재응축을 이용한 뇌자도 장치를 개발했기 때문이다. 심자도 측정기술의 경우 시스템의 측정감도, SQUID 센서의 분해능, 냉매의 증발율, 자기 차폐실의 무게대비 차폐율, 제조단가 등에 있어서 세계 최고 수준의 성능을 자랑한다.

 

▲ 이용호 책임연구원 팀이 개발한 스퀴드(SQUID) 센서 및 시스템 기술은

세계 최고 수준의 기술력을 자랑한다.

 

 

“스퀴드 센서를 이용하면 뇌와 심장의 질환을 파악하는데 매우 효과적입니다. 전 세계적으로 심장질환은 사망원인 1위입니다. 심장질환은 한 번 발생하면 짧은 시간 안에 사망할 수 있는 만큼 매우 치명적이기에 정확한 진단기술을 이용해 비침습적으로 진단하는 게 중요해요.

 

저희가 개발한 이번 기술은 보다 정확하게 심장과 뇌를 측정할 수 있도록 도와줍니다. 뇌자도 측정기술의 경우 뇌전증 발생 부위를 보다 정확하게 추적하고 뇌기능 진단과 정신질환 진단에 보다 효과적으로 사용할 수 있다는 점에서 높은 신뢰도를 얻었으며, 심자도 측정기술의 경우 비접촉, 비침습적 방법으로 심근허혈과 부정맥, 태아의 심장기능을 진단할 수 있다는 점에서 관심을 받았죠.”

 

 

‘스핀’의 난제를 해결하기 위해

 

2021년 KRISS 펠로우로 선정된 황찬용 책임연구원은 스핀물성 측정기술을 개발하는 연구를 진행하고 있다. ‘스핀’ 연구는 기존 반도체 소자의 한계를 극복하기 위해 매우 중요한 연구로 스핀을 정확히 제어함으로써 초저전력 초고속 메모리 소자를 구현할 수 있다.

 

“스핀은 전자의 두 가지 특징 중 하나입니다. 전자는 ‘전하’와 ‘스핀’의 특성을 갖고 있죠. 스핀을 고려하지 않고 전하 기반의 전자 소자로 반도체 메모리가 만들어지면 저장 능력에 한계가 발생하고 반도체 소형화에 따른 발열 문제가 해결되지 않습니다. 때문에 스핀 연구는 매우 중요합니다.

하지만 지금까지의 스핀 연구는 많은 한계점이 있었어요. 가장 먼저 스핀으로 인한 여러 가지 물질의 성질을 정확하게 측정할 수 있어야 하는데 이 측정을 담당하는 현미경조차 마땅치 않았기에 측정 자체부터 걸림돌이 있었죠.”

 

▲ 황찬용 책임연구원 팀은 스핀 물성을 보다 정확하게 측정할 수 있는

‘스핀 현미경 (SEMPA)’ 기술을 개발했다.

 

 

황찬용 책임연구원 팀은 스핀 물성을 보다 정확하게 측정할 수 있는 ‘스핀 현미경(SEMPA, Scanning Electron Microscopy with Polarization Analysis)’ 기술을 완성했다. 2005년부터 미래유망 신기술 개발 과제의 일환으로 스핀 현미경 측정기술을 연구해 온 황찬용 책임연구원은 스핀 현미경이 보다 높은 효율을 구현해 상용화 될 수 있도록 새로운 아이디어로 연구에 접근했다.

“스핀 현미경은 20~30년 전부터 외국에서 소수의 개발자들에 의해 계속 연구되어왔습니다. 하지만 스핀을 도출하는 효능이 너무 낮아서 상용화할 수 없었죠. 저는 다른 사람들이 전혀 사용하지 않는 검출방식을 적용하면 어떨까 생각했어요. 

그게 바로 3축(수직 및 수평 방향) 스핀 현미경입니다. 공간 분해능은 5 nm를 구현했고, 감도는 세계 최초 교환 산란 검출기를 이용해 FOM* 10?² 수준의 세계 최고 성능을 보유할 수 있었습니다. 이미지 한 장에 단 2~8분만 소요되는 기술이죠. 이를 통해 지난 20여 년간 불가능하다고 여겨진 스핀 현미경의 상용화가 가능해진 셈이죠.”

연구실 넘어 현장으로 비상한 기술

 

이용호 책임연구원과 황찬용 책임연구원의 이러한 기술은 모두 연구실을 넘어 현장에서 빛을 발하는 성과를 이뤄냈다는 점에서 큰 의미를 갖는다.

 

앞서 언급했듯 이용호 책임연구원의 스퀴드 센서와 시스템 기술은 호주와 독일 등 선진 기술을 이미 갖고 있던 해외 업체에 기술이전 됐으며, 황찬용 책임연구원의 스핀 물성 측정기술을 활용한 스핀 현미경은 이와 유사 분야를 연구하고 있는 일본의 히타치 중앙 연구소 코하시(Kohashi) 박사와 독일 함부르크 대학의 오에펜(Oepen) 교수의 격찬을 받기도 했다. 현재 히타치에서는 관련 장비를 상용화 준비 중이다.

 

기술을 통한 파급효과를 묻는 질문에 이용호 책임연구원은 “우리 주위에서도 갑작스러운 흉통을 호소하며 병원에 간 후 심장질환 진단을 받고 급작스럽게 사망하는 경우가 종종 있다.”며 운을 뗐다.

“병원에서 혈관 조형술을 실시하지만 사실 이 방법이 아주 정확하다고는 할 수 없다.”는 그는 “비침습적 방법으로 급성 심근경색 검사를 보다 빠르게 진단할 수 있다면 생명을 살리는 데 큰 도움이 될 것이다. 우리팀에서 연구한

기술이 이러한 효과를 얻는 데 조금이나마 일조할 것이라 생각하니 뿌듯하다. 이를 통해 국민 삶의 질 향상에 기여할 수 있으면 좋겠다.”고 이야기했다.

 

황찬용 책임연구원은 “기존 실리콘 메모리가 스핀 메모리로 원활히 대체되는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 기술의 파급효과를 이야기했다. 황 연구원은 “국내 대기업이 2020년대에 들어서면서 기존의 실리콘 메모리를 스핀 메모리로 대체하려는 움직임을 보이고 있다.”며 “헌데 성능을 높이기 위해서는 스핀 물성 측정 기술이 확보되어야 한다. 다양한 스핀소재의 개발을 위해서는 어느정도 규모의 국내 연구 그룹들이 활성화 되어야 하는데 아직 국내 연구진의 규모와 숫자는 충분하지 못하다.

다만 한 가지 희망은 우리가 다양한 기술력을 확보하고 있는 만큼 측정 인프라를 확실하게 제공할 수 있다는 점이다. 스핀트로닉스 산업의 주요한 측정기술 인프라를 국내에서 확립할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

▲ 2020년, 2021년 KRISS는 두 명의 연구자를 새로운 펠로우로 선정했다.

바로 이용호 책임연구원, 황찬용 책임연구원이다.

 

 

기술 활용도 높이는 연구로 계속 정진할 것

 

실험실을 넘어 현장에서 사용되는 기술적 성과를 얻기까지, 두 연구자가 연구를 진행하며 가장 중요하게 생각한 가치관은 무엇이었을까.

 

이용호 책임연구원은 ‘팀워크’라고 이야기했다. 그는 “우리 팀의 기술 개발 목표인 시스템 및 활용기술 개발은 여러 요소기술이 체계적이며 완성도 높게 결합돼야 이룰 수 있다.”며 “팀원 각각이 자동차의 바퀴 하나에 해당한다. 어느 한 부분이 빠지면 자동차가 갈 수가 없듯, 팀원 중 한 명이라도 빠지면 연구 성과가 제로가 된다.”고 강조했다. “그래서 저는 시스템 기술의 성능을 높이는 일 뿐만 아니라 일의 목적을 항상 강조합니다. 저는 그 채찍을 가하는 책임자에 불과하죠. 처음 이 분야의 연구를 시작했을 때는 제 전공분야가

아니었습니다. 비전공자였기에 좀 더 한 걸음 물러선 곳에서 현실적이고 거시적으로 상황을 볼 수 있었어요. 지금 저희 팀원들도 저 같은 사람들이에요. 덕분에 현장에서 적용할 수 있는 기술을 만들어낼 수 있던 거죠.”

 

 

황찬용 책임연구원은 “비슷한 연구를 하는 연구자들이 모이는 것이 중요하다고 생각한다.”고 이야기했다. 공통의 주제를 논하는 연구원들이 모여서 함께 연구하면 효율이 더 높아진다는 것이었다. 그는 “과거에는 나도 혼자 해보려고 했지만, 한계가 너무 보였다”며 “함께 시너지를 높일 수 있는 진짜 팀을 만들어서 공동의 노력을 기울이는 게 핵심이라고 생각한다.”고 말했다.

 

국내뿐 아니라 국외 연구그룹이 그 분야를 리드하기 위해서는 연구인프라의 중요한 요소가 연구장비나 연구비 이외에 연구인력이라는 점을 잊어서는 안된다는 점이다. 연구인력의 구성은 학교와 연구소가 다를 수 밖에 없고 그래서 연구소에서는 집단연구를 수행하는것이 바람직하다.

앞으로 기술 개발에 더욱 매진할 것이라는 두 연구자는 서랍 속에서 잠자는 기술이 아닌, 현장에서 살아있는 기술을 만드는 것의 중요성을 거듭 강조했다.

 

(이용호 책임연구원) “연구의 목적이 중요합니다. 지금 내가 하고 있는 연구가 무엇을 위해 존재하는지 명확히 알고 나아가야 해요. 수월성은 2차적 문제에요. 결국은 목표 지점까지 가는 것을 제 1순위로 두어야 합니다. 연구는 궁극적으로 팀과 팀의 경쟁이 아니라, 고객의 니즈를 만족시키는 일입니다. 기술 수요자가 나의 경쟁자인 것이죠.

 

해외 연구팀을 경쟁상대로 두지 말고, 오직 고객만을 염두에 두세요. 그런 의미에서 내 연구성과가 넓은 책장의 빈 공간을 채워두는 용도로 쓰이지

않고 경제적인 가치가 있도록 노력해야겠죠. 후배들에게도 이것을 꼭 얘기해주고 싶어요.”

 

KRISS의 펠로우로서 앞으로 국가에 더욱 도움이 되고 싶다는 이용호 책임연구원과 황찬용 책임연구원은 앞으로도 세상과 소통하는 기술을 개발하는 데 매진해 나갈 것이다.