기초과학연구원(IBS)은 대전 본원뿐만 아니라 전국의 5개 과학기술특성화대학과 기타 대학들에 캠퍼스 연구단을 운영하고 있다. 연구자들이 창의적인 연구주제를 선택하고 자유롭게 협력해 연구기간 제한 없이 원하는 연구를 할 수 있게 하기 위해서다. 울산과학기술원(UNIST)은 현재 3개의 각기 다른 분야의 연구단을 유치해 세계적인 수준의 기초과학 연구 성과를 내고 있다. IBS와 UNIST의 교집합이 된 사람들을 만나 어떤 시너지를 내고 있는지 들어봤다.

<첫번째 이야기>

“공동의 목표 세우고 함께 달리는 개방된 연구 협력”

“미국에서부터 다양한 분야의 연구자들과 끊임없이 공동연구를 진행해왔지만 IBS에 소속돼 연구한다는 건 그와는 또 다른 경험이었습니다. 연구자들 사이의 벽이 완전히 허물어진 느낌이랄까요.”

10월 14일 UNIST 원자스케일 전자현미경 연구실에서 만난 이종훈 IBS 다차원 탄소재료 연구단 분석그룹 리더(UNIST 신소재공학과 교수)는 연구 협력의 개방성을 가장 큰 교집합 시너지로 꼽았다.

그가 이끄는 IBS, UNIST 연구팀은 올해 초 싱가포르 난양공대, 세종대 연구팀과 함께 전기가 통하지 않는 절연체 물질에 부분적으로 전기가 통할 수 있게 만드는 큰 성과를 이뤘다.

공동 연구팀은 2차원 절연체 물질인 ‘육방정계 질화붕소(h-BN·hexagonal boron nitride)’ 분자를 엇갈려 쌓은 적층 구조를 생성해 여기에 전도 채널을 구현했다. 연구팀은 원자 분해능 투과전자현미경(TEM)을 이용해 h-BN이 서로 맞닿아 있는 적층 경계면에서 원자 하나 두께의 전자통로가 길쭉한 육각형 모양으로 배열돼 있다는 사실을 처음으로 규명했다. 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 3월 6일자에 실렸다^*.
* Zonghoon Lee et al., “One-dimensional hexagonal boron nitride conducting channel”, Science Advances, 2020, DOI: 10.1126/sciadv.aay4958

이 그룹리더는 “이번 연구를 토대로 새로운 미래 기능성 소자를 만들 수 있을 것”이라며 "IBS와 UNIST 연구팀이 함께 공동의 목표를 갖고 연구한 덕분에 시너지를 낼 수 있었다"고 밝혔다.

이 그룹리더가 IBS와 UNIST에 공동으로 소속돼 연구를 한 건 2019년부터다. IBS 다차원 탄소재료 연구단 단장 겸 UNIST 특훈교수인 로드니 루오프 교수가 UNIST에 재직 중이던 그에게 합류를 제안했다. 탄소물진 연구 분야의 대가인 루오프 교수는 이 그룹리더와 수년간 함께 연구했던 인연이 있었다.

2011년 UNIST에 오기 전까지 그는 미국 서던캘리포니아대와 로렌스버클리 국립연구소(LBNL)의 국립전자현미경센터(NCEM)에서 투과전자현미경을 개발하고 이를 활용해 물질의 근본적인 구조와 특성을 탐색하는 연구를 했다. 특히 2004년 ‘꿈의 소재’라고 불리던 그래핀을 분리하는 기술이 개발되면서, 때마침 그가 일하고 있던 LBNL에서 그래핀 연구에 속도가 붙었다. 당시 새롭게 개발 중이던 수차보정 투과전자현미경으로 탄소 원자 하나를 눈으로 볼 수 있게 된 것이다.

이런 흐름 속에서 이 그룹리더는 투과전자현미경을 이용해 탄소와 저차원 소재의 성장, 결함, 변형, 특성 등을 원자 수준에서 관찰하고 분석해왔다. 나아가 이런 기술을 실시간으로 실험하는 기술도 구현하고 있다. 이런 연구는 한 분야의 전문가 혼자서는 할 수 없다. 이 그룹리더는 “물질을 만들고, 더 나아가 물질의 물성이 어떻게 나타나는지를 계산하고 구조와 특성을 분석해야 한다“며 ”장비를 다루는 실험과학자, 계산과 분석을 위한 이론과학자 등 다양한 분야의 연구자가 힘을 모아야 한다“고 설명했다.

IBS는 그렇게 다양한 연구자가 공동연구를 할 수 있는 최적의 환경이었다. 이 그룹리더는 “IBS에 소속된 교수들이 공동의 목표를 세우고, 그것을 향해 함께 연구한다”며 “공동 연구자들끼리 좋은 아이디어가 떠오를 때마다 바로 연구를 제안하고, 도움이 될 수 있는 아이디어를 나누고 있다”고 말했다.

고가의 최첨단 장비를 공동으로 이용할 수 있는 점도 연구 효율을 높이는 데 한몫했다. UNIST에서 갖추고 있는 기본 장비 외에 추가로 필요한 특성화된 연구 장비 등을 IBS 지원으로 장착해 활용하기 때문이다. 이 그룹리더는 “UNIST 기본 인프라에 IBS의 특정 연구에 특화된 장비 투자 여력이 합쳐져 연구에 시너지 효과를 냈다”고 말했다.

또한 덕분에 UNIST 학생들은 안정적인 연구기반을 확보하게 됐다. IBS 소속 연구자들과 다양한 공동연구를 통해 장기적인 주제를 설정하고, 연구기간에 제약 없이 안정적인 연구를 수행하다보니 연구의 질과 수준도 높아졌다.

이 그룹리더는 “신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 상황이 나아지면 외국과의 국제 공동 연구도 활발하게 진행할 계획”이라며 “인류가 구현할 수 있는 가장 작은 물질을 실시간으로 탐색하고 만들어낸다는 목표를 향해 앞으로도 연구에 정진할 것”이라고 밝혔다.