부산대학교 물리학과, 전 세계 상위 2% 과학자 4명 선정전 세계 상위 2% 과학자(World’s Top 2% Scientists) 명단은 스탠퍼드대학교 John P. A. Ioannidis 교수가 이끄는 연구팀이 제안한 복합지표(Composite Score)를 바탕으로, 전 세계 연구자의 연구 영향력을 공정하고 표준화된 방식으로 비교·평가하기 위해 2019년부터 엘스비어(Elsevier)가 매년 발표하고 있습니다. 이 지표는 단순한 순위 경쟁이 아니라, 연구 분야별로 학자의 학문적 영향력을 객관적으로 보여주는 글로벌 표준을 제시하는 데 목적이 있습니다. 선정은 SCOPUS 데이터를 기반으로, 연구자의 생애 기준(Career-long, 1960년~2024년)과 최근 1년 기준(Single-year, 2024년) 성과를 나누어 이루어집니다.2025년도 발표에서 부산대학교는 총 40명의 연구자가 전 세계 상위 2% 과학자로 선정되는 성과를 거두었습니다. 이 가운데 물리학과에서는 다음 네 분이 생애 기준 상위 2% 과학자로 선정되었습니다.이창환 교수님, 문한섭 교수님, 정진유 교수님, 홍덕기 명예교수님부산대학교 물리학과에서 다수의 교수님들이 국제적으로 높은 연구 영향력을 인정받은 것은 학과의 학문적 위상과 연구 역량을 잘 보여주는 성과라 할 수 있습니다.

물리학과 박성균 교수 연구팀(사진)이 차세대 전력반도체 소재로 주목받는 산화갈륨(β-Ga2O3) 분야에서 고품질 단결정 성장과 소자 적용 원천기술을 확보해 국내 특허 4건을 출원했다.이 가운데 1건은 기술적 완성도와 글로벌 경쟁력을 인정받아 동일한 내용으로 미국·유럽·일본·중국 등 해외 4개국에도 추가로 특허를 확대 출원하며 연구 성과의 국제적 가치를 입증했다.※ (참고) 유럽은 유럽특허청(EPO) 단위에서 광역 특허 출원이 가능하다.‘산화갈륨’은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)을 잇는 차세대 초광대역갭(UWBG) 전력반도체 소재로, 고전압·고온·고전계(高電界) 환경에서 안정적으로 동작할 수 있다. 특히 용융성장 기반으로 대구경 웨이퍼 생산이 가능해 산업화 잠재력이 높다는 점에서 기존 소재 대비 강점을 가진다.산화갈륨 활용을 위해 연구팀은 △고품질 산화갈륨 단결정 성장법 개발 △기판 표면 구조 제어를 통한 초고속 박막 성장 기술 확보 △산화갈륨 기반 이종접합 수직 구조 p-n 다이오드 제작 기술 △극저온에서 전도 메커니즘 제어 및 자기장 반응 스위칭 소자 개발 등 성장-기판-소자에 이르는 전 주기 기술 체계를 구축했다.이러한 기술은 고전압·고온·방사선·극저온 등 극한 환경에서도 동작 가능한 전력반도체 구현을 목표로 하고 있으며, 다양한 환경에서 안정성을 확보할 수 있는 소재, 소자 기반기술로 확장될 전망이다. 연구팀은 이와 관련된 산화갈륨 기술을 국내외에 특허 출원했으며, 향후 대면적 웨이퍼 적용을 위한 후처리 및 공정 기술 개발도 병행 중이다.특히, 이번 성과는 산업통상부가 지원하는 알키미스트 프로젝트 1-2단계 사업기간(2024.4.~2025.12.) 내 도출된 결과로, 기초연구에서 출발해 높은 기술 집중도와 빠른 개발 속도를 보여준 점에서 매우 우수한 성과로 평가된다. 단기간에 결함 제어·소재 품질 고도화까지 달성한 연구는 매우 이례적이며, 산업적 파급력 측면에서도 의미가 크다.

빛으로 감지와 연산 동시 수행하는 인센서 이미지 처리 기술반데르발스 이종접합 구조 기반 하드웨어 연산형 소자 구현- 부산대-성균관대 공동연구팀, 게이트 전압으로 전류 방향 조절, 자가 구동형 인센서 이미지 처리 소자 개발- ‘생각하는 하드웨어’로 불리는 차세대 AI 엣지 비전 플랫폼 확장 가능성 제시□ 국내 연구진이 전원 없이도 빛에 의해 스스로 반응하고 이미지를 처리하는 새로운 형태의 자가 구동형 인센서 이미징(in-sensor imaging) 기술을 구현했다. ○ 이번 연구는 빛의 세기와 방향뿐만 아니라 전류 응답의 부호를 제어해 감지와 연산이 하나의 소자에서 동시에 일어나는 ‘생각하는 하드웨어’의 가능성을 열었으며, 센서에서 직접 이미지 전처리를 수행할 수 있는 하드웨어적 기반을 구축함으로써 Vision(비전) AI 및 Edge(엣지) AI 기술과의 융합 가능성을 제시해 초저전력 인공지능(AI) 엣지 비전 기술로의 확장을 기대하게 한다. □ 부산대학교(총장 최재원)는 물리학과 김지희 교수 연구팀이 성균관대 신소재공학부 최재영 교수 연구팀과의 공동연구로, 1차원 나노선 Nb2Pd3Se8과 2차원 나노면 WSe2를 결합한 새로운 반데르발스 이종접합 구조*를 이용해 게이트 전압**으로 전류 방향이 조절되는 자가 구동형 광검출기를 제작하고, 이를 인센서 이미지 처리*** 소자에 응용할 수 있음을 실험적으로 입증했다고 12일 밝혔다. - 이 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적 권위 학술지 『어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)』 10월 31일자에 게재됐다. ○ 이번 연구에서 개발된 소자는 전원 없이도 빛에 의해 스스로 전류를 생성하며, 게이트 전압 조절을 통해 전류의 극성(양↔음)을 전환할 수 있는 것이 특징이다. 이러한 양·음 광전류 전환(polarity switching) 기능은 신호의 가중치를 조절하거나 이미지 필터링 연산에 활용할 수 있어, 기존 이미지 센서와 달리 감지와 계산을 하나의 장치에서 동시에 수행할 수 있는 기반을 마련했다. ○ 또한 연구팀은 1차원 나노선인 Nb2Pd3Se8의 좁은 밴드갭과 높은 비대칭성을 활용해 넓은 파장대(자외선~근적외선)에서 빠른 광응답을 구현했다. - 실험 결과, 소자는 약 3마이크로초(백만분의 1초)의 초고속 응답 속도와 232 mA/W의 높은 광응답도(photoresponsivity)를 달성했으며, 외부 양자 효율 77%와 탐지율(Detectivity) 6.25×1010 Jones의 우수한 성능을 보였다. ○ 이번 성과는 1차원 나노선과 2차원 나노면의 결합을 통해 차세대 반데르발스 이종접합 소자에서 광-전기 신호를 정밀하게 제어할 수 있음을 실험적으로 보여준 것으로, 나노전자 및 광컴퓨팅 분야에서 새로운 소자 설계 방향을 제시한다는 점에서 학문적 의미가 크다. □ 김지희 부산대 교수는 “이번 연구는 2차원 소재의 전자-광 특성을 정밀하게 제어해, 하나의 소자에서 감지와 연산이 동시에 이루어질 수 있음을 실험적으로 입증한 데 의의가 있다”며 “앞으로 이번 기술을 확장해 인공지능(AI) 하드웨어의 융합을 추진할 계획이다. 특히 인센서 이미지 처리 기술을 Vision AI와 Edge AI 시스템의 입력 단계에 적용해, 실시간 데이터 전처리·노이즈 제거·특징 추출을 수행하는 스마트 센서 플랫폼으로 발전시키려는 구상이다. 이는 자율주행, 로봇비전, 생체 모방 감각 시스템 등 미래 AI 융합산업의 핵심기술로 이어질 것으로 기대된다”고 설명했다. - 논문 제목: van der Waals integration of 1D Nb2Pd3Se8 and 2D WSe2 for gate-tunable in-sensor imaging processing (1D-2D 반데르발스 이종접합을 이용한 게이트 조절형 인센서 이미지 처리 소자) - 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.202500011 ※ 용어 설명* 반데르발스 이종접합 구조: 원자층 물질을 서로 다른 종류로 적층해 약한 반데르발스 힘으로 결합시킨 구조로, 격자 불일치 없이 새로운 전자·광학적 특성을 구현할 수 있는 차세대 나노소자 구조임. ** 게이트 전압: 반도체 소자에서 채널의 전자 밀도를 바꿔주는 전압으로, 여기서 스위치이자 연산 조절기 역할을 함.*** 인센서 이미지 처리: 빛을 감지하는 이미지 센서 내부에 감지와 연산이 동시에 이루어지는 기술로, 별도의 전력 공급이나 외부 프로세서 없이 초저전력 지능형 이미지 처리를 가능하게 함. (그림1) 1D Nb2Pd3Se8/ 2D WSe2 이종접합 광검출기의 게이트 조절형 전류 방향 전환. 게이트 전압 변화에 따라 양·음 광전류가 전환되며, 인센서 이미지 처리에 활용 가능한 양방향 광응답을 보여줌.(그림2) (위)레이저 세기를 아날로그 신호로 변환해 얻은 8비트 회색조 입력 이미지와 (아래)1D Nb2Pd3Se8/ 2D WSe2 이종접합 소자의 게이트 조절형 광응답(R값)을 이용한 인센서 이미지 처리 시뮬레이션 결과. 다양한 커널(Sobel, Sharpen, Gaussian Blur 등)을 적용해 엣지 검출 및 이미지 향상 기능을 구현함.

물리학과 이재광 교수 연구팀은 삼성디스플레이와의 협력연구를 통해 양자점 양자효율 감소 비밀을 규명하였다. 최근 양자점 디스플레이가 각광 받고 있다. 단일 물질이 아닌 코어-쉘 구조 양자점이 이용되고 있다.코어-쉘 구조 양자점은 다른 디스플레이 구조에 비해, 빛의 밝기와 양자효율이 매우 뛰어나기 때문이다. 하지만 특정 시간이 경과하면, 코어-쉘 구조 양자점의 양자효율이 급격하게 줄어드는 현상이 큰 문제점으로 알려져왔다.양자효율 감소에 대한 다양한 가설들이 보고되었지만, 이론과 실험이 협력하여 원자수준에서 메커니즘을 규명한 연구는 거의 없었다. 연구팀은 electron spin resonance (ESR) 계산과 실험을 통해 코어-쉘 구조 양자점 표면의 sulfur vacancy가 양자효율 감소의 핵심적인 인자임을 규명하였다. 특히 ESR g-factor 및 전자구조 계산과 in-situ ESR 실험을 통해 표면에 sulfur vacancy가 생성되면 이를 기점으로 다양한 결함들이 양자점 안쪽으로 도미노처럼 쉽게 형성됨을 규명하였다. 특히 이를 통해 코어-쉘 구조의 전자구조가 양자점에 최적인 Type-I에서 Type-II로 변형되어 급격하게 양자효율이 감소됨을 규명하였다 [그림]. 이재광 교수는 “이번 연구는 코어-쉘 양자점 양자효율 감소에 대한 메커니즘을 원자수준에서 밝혀낸 연구성과로, 향후 코어-쉘 양자점 양자효율 최적화에 핵심자료가 될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 논문은 부산대 물리학과 진영록 석박통합 대학원생이 제1저자, 이재광 교수와 삼성디스플레이 연구팀이 공동교신저자로 수행해, ‘Defect-Cascades-Induced Photodegradation in InP/ZnSe/ZnS Quantum Dots’이라는 제목으로 2025년 기준 JCR 7.17% IF 14.1인 국제학술지 Advanced Science 11월3일에 게재됐다. 논문: https://doi.org/10.1002/advs.202515691해당 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 나노및소재기술개발 사업과 삼성디스플레이의 지원을 받았다.【왼쪽부터 진영록 대학원생, 이재광 교수】【표면 sulfur vacancy 유무에 따른 결함 생성 메커니즘 규명】【결함 생성 도미노 현상으로 Type-II로의 변화】

부산대는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 「차세대 양자과학기술 핵심 기초원천연구」 사업에 단독 선정(과제책임자 옥종목·물리학과 교수)돼, 초전도 소재·측정·이론을 아우르는 융합 연구를 통해 국내 양자소재 연구 거점으로 도약할 계획이다.이번 과제는 전기가 흐를 때 에너지 손실이 없는 초전도체 중에서도, 차세대 양자컴퓨터의 핵심 기반으로 주목받는 3차원 ‘위상초전도체’를 개발하는 것을 목표로 한다. 위상초전도체는 물질 내부에 특이한 양자 상태(마요라나 상태)가 나타나 정보 손실에 강하고 잡음에 잘 견디는 특성을 가진다. 이 때문에 미래 양자컴퓨터의 안정성과 성능을 획기적으로 높일 수 있는 차세대 소재로 주목받고 있다.연구팀은 이번 과제를 통해 올해부터 2029년까지 5년간 국비 45억 원, 시비 2억 원 등 총 47억 원을 투입, △고품질 위상초전도 소재 개발 및 성능 향상 △극저온·고자장 환경에서의 위상초전도 특성 측정 기술 확보 △다양한 측정 기법을 통한 위상초전도 현상 검증 등을 추진할 계획이다. 또한 연구 성과를 바탕으로 부산·울산·경남 지역을 국내 양자소재 연구 거점으로 육성하고, 지역 제조업 및 첨단산업과의 연계도 강화할 방침이다.이번 과제는 부산대 물리학과 옥종목, 박성균, 황춘규 교수를 비롯해, UNIST 물리학과 오윤석 교수, KAIST 물리학과 조길영 교수, 창원대 반도체물리학과 서순범 교수, 그리고 한국표준과학연구원 장동진 박사, 함웅돈 박사 등이 참여한다. 다양한 전문성을 갖춘 연구진이 협력함으로써, 고순도 단결정 성장부터 이론 모델 계산, 극저온 물성 측정, 위상초전도 특성 검증에 이르는 전 주기를 아우르는 융합 연구가 전망된다.연구책임자인 옥종목 교수는 “이번 과제는 세계적으로도 도전적인 연구 분야로, 성공한다면 부산을 넘어 대한민국이 양자소재 연구를 선도하는 중요한 전환점이 될 것”이라며 “앞으로 다가올 양자 시대(the quantum era)를 준비하는 데 기여하겠다”고 말했다.*사진: 9월 29일 열린 차세대 양자과학기술 핵심 기초원천연구 사업 킥오프 행사 모습.