[이슈메이커=김남근 기자]
기초과학의 잠재적 중요성 알리고파
좋은 연구자 배출이 연구·교육 확대재생산의 지름길
최근 물리학계에서는 원자 수준의 두께를 갖는 2차원 물질의 제어 가능한 전하량을 활용해 ‘2차원 자성’이나 ‘2차원 초전도’와 같은 양자 현상에 대한 기초 연구가 활발하다. 가장 대표적인 2차원 물질인 그래핀과 같은 물질은 우수하고 독특한 물성을 갖기에 차세대 소자 응용에 큰 기대가 모이고 있기 때문이다. 이에 최근 2차원 물질인 이황화몰리브덴(MoS2)에서 ‘홀스타인 폴라론’ 입자를 발견해 물질의 고온초전도 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 단초를 제공한 연세대학교 물리학과의 김근수 교수의 연구실을 방문해 이야기를 나눴다.
물리학의 오랜 난제, 고온초전도 현상 비밀 풀 단초 제공
현대 고체물리학의 핵심 화두는 고체 물질에 존재하는 새로운 복합 입자를 탐색하고, 그로 인해 나타나는 새로운 물성을 이해하는 것이다. 2차원 반도체의 제어 가능한 물성은 반도체 소자 응용에서도 매우 중요하지만, 기초 학문 연구에도 유용하게 활용할 수 있다. 종래에 발견된 적 없던 새로운 복합 입자를 유도하고 발견해낼 수 있다면 학문적 파급효과가 대단히 클 것이다. 이에 연세대학교 물리학과의 김근수 교수 연구팀은 다양한 2차원 물질 가운데 이황화몰리브덴에서 최근 흥미로운 2차원 초전도 현상이 보고된 것에 주목했고, 새로운 복합 입자 발견에 대한 가능성을 높게 판단하게 됐다. 이후 다년간의 연구를 펼쳐 2차원 물질 이황화몰리브덴에서 ‘홀스타인 폴라론’ 입자를 발견, 5월 28일에 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 연구 결과를 발표했다. 이번 성과는 물리학에서 높은 학문적 중요성에도 불구하고 관측이 어려웠던 홀스타인 폴라론을 2차원 물질을 이용해 발견한 것으로 폴라론에 의한 초전도 메커니즘을 규명하는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다. 학계에서는 물리학의 오랜 난제인 고온초전도 현상의 비밀을 푸는데 중요한 단초를 제공했다고 평한다.
이번 연구에 대해 학계가 주목하고 있다. 어려움은 없었는가?
“실험 장치에 대한 어려움이 가장 컸다. 우리 연구팀의 경우 국가 차원의 대형연구시설인 방사광가속기를 활용해 ‘각분해광전자분광’ 장치를 활용하는데, 아직 성능 면에서 아쉬운 부분이 있다. 이를 극복하기 위해 영국 다이아몬드 방사광가속기 연구소에서 일주일이라는 한정된 시간을 할애 받아 실험을 수행했는데, 시간과 체력의 한계로 인한 정신적 압박이 매우 심했다. 연구에 대한 국제적 경쟁력을 높이기 위해서는 이 같은 시설과 국가 차원의 지원이 절실하다는 것을 이번 연구를 통해 다시금 느끼게 됐다”
그럼에도 불구하고 좋은 결과를 도출해냈다. 어떠한 영향을 가져오길 바라는가?
“이번 연구가 기초과학 분야에서 유의미한 성과를 거둔 만큼 대중들에게 기초과학 자체의 중요성과 매력을 알리는 기회로 활용됐으면 좋겠다. 기초과학의 특성상 빠른 시일 내에 우리 실생활에 적용될 수 있는 제품이나 소프트웨어가 개발되지는 않지만, 이 같은 결과들이 모여 세상을 바꿀 수 있는 혁신을 가져오는 것은 분명하다. 때문에 많은 분들이 기초과학에 대한 잠재적 중요성을 인지하고 보다 넓은 시각으로 바라봐줬으면 좋겠다”
새로운 분야 창안 위한 유의미한 결과 도출 목표
김근수 교수 연구팀은 ‘2차원 물질의 물성 제어’를 위한 연구를 활발히 진행해오고 있다. 주목할 점은 연구팀의 구성이다. 지난 2013년에 포항공과대학(이하 포스텍)에 부임한 김 교수는 지난해 연세대학교로 자리를 옮겼다. 당시 그에게는 실험실 초기부터 어려움을 함께 극복해온 포스텍 학생들이 여럿 있었다. 자리를 옮기며 이들의 거취를 고민하던 중 김 교수는 특단의 조치를 내리게 된다. 당시 함께 있던 모든 학생과 함께 둥지를 연세대학교로 옮기기로 결정한 것이다. 여러 가지 어려움도 있었지만, 학생들이 더 좋은 연구자로서 성장하기 위해서는 새싹 단계부터 흔들리지 않고 한 길을 가야 한다는 김 교수의 고집을 꺾지 못했고, 결국 그는 파견형태로 포스텍의 학생들을 연세대학교로 오게 했다.
김 교수는 “지도교수인 저를 믿고 포항에서부터 먼 길을 와준 학생들과 신임 교원인 저의 비전을 공유하고 합류해준 연세대학교 학생들이 서로 잘 융화되어 굉장히 열심히 연구를 펼치고 있습니다. 대단히 큰 고마움을 느끼고 있지요. 때문에 이들이 올바른 연구자로 성장할 수 있도록 최선을 다하고 있으며, 그에 대한 답으로 좋은 연구 성과를 도출해내고자 노력하고 있습니다”라고 전했다.
연구자로서 앞으로 어떤 그림을 그려나가고 싶은가?
“대한민국 과학자가 대중들에게 연구자들이 살아가고 있는 연구의 세계에 대해 소개할 수 있는 계기는 좋은 성과를 냈을 때다. 다른 분야도 마찬가지겠지만 연구자의 세계에도 올림픽 게임 못지않은 치열하고 숨 막히는 경쟁이 있다. 대한민국 과학자 중 한 사람으로서 세계무대의 치열한 경쟁 속에서 단 한 발이라도 앞서 나가기 위해 치열하게 노력할 것이다. 그러한 노력을 바탕으로 사회에 의미 있고 유익한 연구 성과들을 만들어내는 것이 중요하다.
덧붙여 교육자로서의 역할도 못지않게 중요하다. 교수라는 직업으로 살아가며 가장 마음이 뜨거워지는 순간은 학생들이 성장하고 있다는 느낌을 받을 때다. 연구 영역에서 차세대 리더, 즉 잠재적 스타를 키워내는 것이 교수로서 마땅한 소임이라 생각한다. 연구와 교육의 확대재생산에 있어 가장 바람직한 길이 아닐까 생각한다”
