[2023 노벨상] 퀀텀닷 디스플레이 시대 연 미·러 과학자들, 노벨화학상 받아

2023년 노벨 화학상은 양자점을 발견하고 개발한 모운지 바웬디, 루이스 E 브루스, 알렉세이 에키모프 등 3인이 공동 수상했다. [사진=노벨상 홈페이지, www.nobelprize.org]

[아이뉴스24 최상국 기자] 올해 노벨 화학상은 나노입자인 양자점(퀀텀닷)을 발견하고 이를 실생활에 사용할 수 있도록 합성법을 발전시킨 세 명의 과학자들이 받게 됐다.

4일 스웨덴왕립과학한림원는 "2023년 노벨 화학상은 크기가 물성을 결정할 정도로 작은 나노 입자인 양자점을 발견하고 합성한 모운지 바웬디(Moungi G. Bawendi) MIT 교수, 루이스 E 브루스(Louise E. Brus) 컬럼비아대학 교수, 알렉세이 에키모프(Alexei I. Ekimov) 나노크리스탈 테크놀로지 수석과학자에게 수여한다"고 발표했다.

퀀텀닷은 우리에게 컬러 조명을 만들 수 있는 새로운 기회를 제공했다.[사진=스웨덴왕립과학한림원/Johan Jarnestad]

양자점의 가장 큰 특징은 단일 물질로 서로 다른 색상을 만들어 낼 수 있다는 점이다.

원소는 일반적으로 양성자, 중성자, 전자의 수에 의해 특성이 결정된다. 하지만 물질의 크기가 나노미터 수준으로 작은 양자 물리 세계에서는 '크기'가 특성을 좌우하는 또다른 변수로 작용한다. 양자점(quantum dot)은 이를 응용한 나노물질이다. 같은 소재라도 나노단위에서는 크기에 따라 방출하는 전자기파의 파장이 다르기 때문에 하나의 소재로 다양한 색을 표현할 수 있다.

2023년 노벨화학상 수상자들은 이론으로만 알고 있었던 이러한 특성을 가진 물질을 실제로 구현해 내고 더 나아가 상업적으로 활용할 수 있을 만큼 안정적으로 생산하는 방법을 개발한 인물들이다.

1970년대까지만 해도 양자점 현상은 초고진공과 절대 영도에 가까운 온도에서 관찰 가능했기 때문에 실용화될 것이라고 예상한 사람은 거의 없었다.

하지만 러시아의 과학자인 알렉세이 에키모프가 1980년대 초, 염화구리 나노입자를 컬러 유리에 적용해 양자 효과를 만드는 데 성공한 데 이어 미국 과학자인 루이 브루스가 황화카드뮴으로 양자점을 합성하는 데 성공했다.

이후 1993년 프랑스 출신으로 미국에서 연구하던 모운지 바웬디 교수가 퀀텀닷 제조 방법을 혁신적으로 개선해 완벽한 양자점 입자를 만들어 냄으로써 퀀텀닷 상용화의 길을 열었다.

양자점은 현재 QLED 등 디스플레이의 소재나 태양전지 소재로 연구가 활발하게 이루어지고 있다. QLED TV의 Q가 바로 양자점(퀀텀닷)을 의미한다. 퀀텀닷에 청색광을 비추면 빛을 흡수해 다른 색을 발산한다. 입자의 크기를 변경하면 정확히 어떤 색을 발광할지 결정할 수 있다.

연구자들은 양자점이 미래에는 유연한 전자 장치, 초소형 센서, 더 얇은 태양 전지, 암호화된 양자 통신에 기여할 수 있을 것으로 보고 있다. 디스플레이에서도 아직까지는 청색 백라이트에서 빛을 받아 다른 색을 표현하는 방식으로 사용되고 있지만, 조만간 별도의 빛 없이도 전기로만 QLED가 빛을 내는 데까지 발전할 것으로 전망한다.

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)