2025년 6월 30일, 김정남 명예교수는 부산대학교 재직 기간동안 성장시킨 단결정 4종을 본교 물리학과에 기증하였다. 이번 기증은 2022년경 물리학과 첨단기술 기사 인터뷰 당시 기증 의사를 밝힌 이후 성사된 것이며, 학과와 후배들에게 매우 가치로운 선물로 여겨질 것이다. 기증 이후진행된 간담회에서는 물리학과의 초창기 상황과 역사에 대해 다양한 이야기를 전달해주었다. 김정남 명예교수는 물리학과가 ‘수물학과’ 였던 1955년도에 입학하여 동대학원에서 박사학위를 받고, 부산대학교 물리학과 교수로 1965년도부터 재직하여 2002년도에 정년퇴임 하였다. 학과 초기부터 함께하여 학과의 초창기역사와 가치에 대해 언급하였다. 이번에 기증된 단결정은 총 4종으로 베루누이 방법으로 제작된 화이트사파이어 (gamma 상의 Al2O3)단결정, 스타루비 (Cr2O3도핑된 Al2O3, 1965년 추정) 단결정, 수열합성법을 이용해 제작된 인공수정 (SiO2, 1968년 추정) 단결정, 초크랄스키법을 이용해 제작한 리튬 나이오베이트 (LiNbO3,1991년) 단결정을 기증하였다. 물리학과 초창기, 단결정 성장은 학과의 주된 연구 방향이었으며 그는 이러한 학과의 발전에 기여한 주요 인물로 평가된다. 그가 들려준 다양한 일화들 중 몇 가지는 다음과 같다. 한국 전이후 UNKRA* 원조로 교내에 들어온 각종 실험 장비의 실태와 교내 장비를 고쳐준 일화, NaCl, KCl 단결정 제작을 위해 연탄 화덕을 이용한 일화, 사파이어단결정 성장을 위해 진양화학에서 원료를 수급한 이유, 수열 합성용 오토클래이브(Autoclave) 제작에 월남전 대포 포신을 활용한 일화, 인공수정제작을 위해 미문화원에서 영상필름을 빌려서 활용한 일화, 부산대학교 전기기사가 단결정 성장에 기여한이유, 그 외 많은 학교/학과 이야기를 하였다. 사진 설명: 좌측부터, 단체사진(진형진교수, 김정남 명예교수, 김동진 실험교수), 사파이어를 설명중인 김정남 명예교수, 베르누이 단결정 성장장치, 해당장치에서 최초로 만들어진 사파이어 단결정, 리튬나이오베이트 단결정*유엔 한국 재건단 (United Nations Korea Reconstruction Agency, UNKRA): 대한민국의 재건을위해 설립된 유엔 기구로 원조자금 관리, 기자재 지원 등의 업무를 하였다. (위키피디아 참조)

이재광 교수팀, 원자수준 강유전성 제어 비밀 풀어새로운 형태의 phonon decoupling 메커니즘 규명【왼쪽부터 진영록 대학원생, 이재광 교수】물리학과 이재광 교수 연구팀은 성균관대·포항공대와의 협력연구를 통해 원자수준까지도 강유전성이 제어되는 새로운 형태의 phonon decoupling 메커니즘을 규명했다. 물질내 격자들은 진동한다. 격자 진동을 second quantize 한 것을 phonon이라고 한다.격자들은 마치 스프링으로 연결된 것처럼 서로 연동되어 있다.이로 인해 phonon은 개별적으로 움직이지 않는다.서로 coupling되어 집단적인 운동을 보인다.이로인해, 포논은 일반적으로 collective excitation으로 간주되어 왔다. 포논이 decoupling 되어 개별적으로 움직일수 있을까 ? 만약 phonon decoupling이 가능하다면, 격자는 독립적으로 행동할수 있게된다. 강유전성은 격자의 변위에 기인한다. 따라서 phonon decoupling이 가능하다면, 원자 수준에서 강유전성의 존재/제어가 가능하게 한다. 【원자수준 강유전성 제어 phonon decoupling 메커니즘 규명】 SrFeO2.5는 brownmillerite 산화물이다. (010) 방향으로 octahedral (Oh)층과 tetrahedral (Th)층이 교대로 연결되어 있는 산화물이다 (그림). SrFeO2.5의 강유전성은 상대적으로 가벼운 산소 변위에 의해 결정된다. Oh 산소와 Th 산소 그리고 그들 사이 산소, 그들이 각각 서로 다른 spring 상수 α1, α2 으로 연결되어 원자4개로 이루어진 1차원 모델로 표현된다 (그림). 이번 연구에서 이재광 교수팀은 Oh 산소와 Th 산소가 교대로 배치되며, spring 상수가 ---α1-α1-α2-α2-α1-α1---로 특정하게 배치하는 brownmillerite 산화물에서 두 spring 상수의 비(α1/α2)가 2보다 클 때 Oh 산소와 Th 산소 격자진동이 decoupling 될수 있음을 모델 분석과 제일원리 포논 계산을 통해 규명하였다. [그림]. 연구팀은 scanning transmitted electron microscopy (STEM) 이미징을 통해 실제로 Th 층 산소 변위가 개별적으로 제어되고 이에 따라 원자수준에서 강유전성이 제어될수 있음을 실험적으로 관측하였다. 이재광 교수는 “이번 연구는 원자수준까지도 강유전성이 존재/제어되는 새로운 형태의 phonon decoupling 메커니즘을 밝혀낸 연구성과로, 향후 phonon decoupling 기반 원자수준 강유전성 제어가 가능한 양자소자 개발에 핵심자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 논문은 부산대 물리학과 진영록 석박통합 대학원생이 제1저자, 이재광 교수와 성균관대 최우석 교수, 포항공대 최시영 교수가 공동교신저자로 수행해, ‘Sub-unit-cell-segmented ferroelectricity in brownmillerite oxides by phonon decoupling’이라는 제목으로 2025년 기준 JCR 1.12% IF 37.2인 국제학술지 Nature Materials 5월20일에 게재됐다. 논문: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02233-7 해당 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 기초연구실 (BRL) 사업과 교육부의 재원으로 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥세터의 지원을 받았다.

부산대학교 물리학과 동문인 임봉휘 박사(2022년 졸업)가 동경대학교 대학원 이학계연구과/이학부 원자핵과학연구센터(Center for Nuclear Study, CNS)에 조교수로 임용되었습니다. [임봉휘 박사]임봉휘 박사는 부산대학교 물리학과 중이온물리 실험연구실(유인권 교수님 연구실)에서 석박 통합 과정을 밟으며 핵물리학 연구에 매진했으며, 이탈리아국립핵물리연구소 INFN Torino에서 중이온 충돌 실험을 통해 고온·고밀도 환경에서 형성되는 쿼크-글루온 플라즈마(QGP) 계의 동역학을 연구하고 있습니다. 특히, 가벼운 쿼크를 포함하는 하드론의 생성량을 측정하여 QGP의 특성을 규명하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 중이온 충돌 및 고에너지 물리 실험에 사용되는 첨단 반도체 검출기(Monolithic Active Pixel Sensor, MAPS)의 개발 및 운용에도 참여하며, 실험적 측정 기술의 발전에도 기여하고 있습니다.부산대학교 물리학과는 동문 임봉휘 박사의 새로운 도전을 진심으로 축하드리며, 앞으로의 연구에서도 뛰어난 성과를 거두시길 기원합니다.

김지희 교수팀, 금속-반도체 계면에서 초고속 핫캐리어 추출 및 확산 최적화 기술 제안 부산대학교 물리학과 김지희 교수 연구팀은 이진용(성균관대학교) 교수팀과 공동으로 2차원 반도체와 금속 전극 간의 접촉 계면에서의 광여기된 핫캐리어(hot carrier) 동역학을 정밀하게 분석하며, 차세대 고효율 광전 변환 소자 설계를 위한 핵심 원리를 제시하였다. 이번 연구는 국제학술지 Science Advances (IF: 11.7, JCR 상위 8.21%)에 “Ultrafast hot carrier extraction and diffusion at the MoS2/Au van der Waals electrode interface”라는 제목으로 2025년 1월 1일(한국시간) 온라인 게재되었다. 금속 전극은 발광 다이오드, 광검출기, 태양전지와 같은 최첨단 광전자 소자에서 필수적인 요소로, 빛으로 여기된 핫캐리어를 효율적으로 추출하거나 주입하는 역할을 한다. 그러나 전극과 반도체 간의 밀접한 접촉이 필연적으로 계면에서 미드갭(midgap) 상태를 유발하고, 열 증착 및 스퍼터 증착 과정에서 방사열과 금속 원자 충돌로 인해 반도체에 결함이 형성될 가능성이 있다. 이러한 결함은 Shockley-Read-Hall(SRH) 재결합을 촉진하여 핫캐리어 수명을 단축시키고, 소자 성능 저하를 유발한다. 이를 해결하기 위해 연구진은 2차원 반도체 MoS2와 금(Au) 전극 간의 다양한 접합 구조를 비교 분석했다. 이번 연구에서는 직접 증착 접합(deposited-Au), 평탄면 접합(flat-Au), 그리고 거친 표면 접합(rugged-Au)의 세 가지 구조를 선정하고, 초고속 시분해 반사 분광법(transient reflection spectroscopy)을 활용해 핫캐리어 추출 속도 및 수명을 측정했다. 실험 결과, 평탄면 접합된 금 전극(flat-Au)에서 핫홀(hot hole) 추출 속도가 310 fs로 측정되었으며, 이는 기존의 직접 증착(deposited-Au) 방식보다 더 빠르고 효율적이었다. 또한, flat-Au 구조에서는 259 ps의 긴 포토캐리어 수명이 관찰되며, 핫캐리어 손실을 최소화하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 핵심 기술 및 핫홀 추출 메커니즘반데르발스(van der Waals) 접촉을 활용한 계면 최적화평탄면 접합에서는 전극과 반도체 사이의 강한 화학 결합을 피하고, 반데르 발스 힘을 이용해 부드러운 접촉이 형성됨.이를 통해 계면 결함을 최소화하고, 핫캐리어 재결합을 억제함.초고속 핫홀 추출평탄면 접합 구조에서는 전자가 금속 전극으로 빠르게 이동하며, 반도체 내부에 남아 있는 핫홀이 빠르게 추출됨.연구진은 이를 통해 핫홀 추출 속도가 기존 방식 대비 빠르며(310 fs), 포토캐리어 손실을 줄일 수 있음.광여기된 핫캐리어의 전이 효율 증가800 nm 펌프 레이저 실험을 통해 평탄면 접합 구조에서 핫캐리어 전이 속도가 3배 이상 증가했으며, 이는 태양전지 및 광전자 소자에서 보다 높은 효율을 실현할 수 있는 핵심 요소임.김지희 교수는 “이번 연구는 2차원 반도체와 금속 전극 간의 계면에서 핫캐리어 동역학을 심층적으로 분석하여, 차세대 광전자 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 설계 방안을 제시합니다. 특히, 초고속 핫캐리어 추출 메커니즘은 핫캐리어 태양전지와 같은 초고효율 에너지 변환 기술의 핵심 요소가 될 뿐만 아니라 양자 컴퓨팅 및 양자 정보 기술에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.”라고 전했다. 이어 “핫캐리어는 초고속 응답성과 높은 에너지 상태를 유지하는 특성이 있어, 양자 정보 저장/전송,광-전자 변환 효율 개선 등에 활용될 수 있습니다. 또한 인공 후각 센서에서도 핫캐리어를 활용하면 가스 감지 정밀도를 높이고 응답 속도를 개선할 수 있습니다.” 라며, “이번 연구가 광전자 소자, 양자 기술, 센서 기술 등 다양한 응용 분야에 기여할 것으로 기대합니다.”라고 덧붙였다. 논문: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr1534

부산대학교 물리학과 황재진 학생(지도교수:이재광이 학업과 연구에서의 우수한 성과를 인정받아 부총리 겸 교육부장관 표창장을 수상하였습니다