세명대 임영훈 교수 물리학계의 난제 해법을 찾다

유리계에서 알칼리 이온의 전달 방정식 개발

제천 세명대학교(총장 김유성) 임영훈 교수(물리학전공)와 부산대 양용석 교수 팀이 세계 물리학계에서 해결하지 못했던 문제를 40년 만에 풀어 물리학계의 권위지인 New Journal of Physics 최근호에 게재, 학계의 주목을 받고 있다.

물질의 전기전도 특성은 전자에 의한 것과 이온에 의한 전기전도도로 구성된다.

유리 구조 내에서 높은 이온 전도도를 지닌 물질을 포함해 많은 고체 물질의 이온 전도도 특성은 주파수의존 교류-전도도가 지수함수 법칙을 따른다고 알려져 있다.

이러한 사실은 영국의 앤드류 융커(Andrew K Jonscher) 교수가 1977년 네이처 논문집에 기고한 이 후로 많은 과학자들이 다양한 물질에 대해 실험을 통해 확인 하고 지금은 하나로 통합된 법칙(universal law)으로 알려졌다.

그러나 구조적으로 매우 복잡한 비정질계 안에서 서로 다른 종류의 이온들이 왜 똑 같은 법칙을 만족하는지에 대한 의문은 약 40년 동안 풀리지 않은 문제로 남아있었다.

임영훈 교수 연구팀은 유리 계 내에서 알칼리 이온들의 움직임에 관한 운동방정식을 세우고 그 해를 구함으로써 오랫동안 숙제로 남아있던 복잡계의 속에서 일어나는 이온 수송 문제에 대한 근원적인 답을 얻어냈다.

즉 유전체 물질뿐만 아니라 많은 고체에서 나타나는 주파수의존 전기전도도의 공통적 특징은 복잡계 내의 이온들이 프랙탈 차원(fractal dimension)의 경로를 따라 움직이는 과정 때문이라고 결론 내렸다.

이번 연구는 재료과학에서 다양한 응용성을 지닌 새로운 물질 개발(예를 들면, 고체산화 연료전지, 유기발광소자 계층 보호막, 컬러 비정질, 코팅 재 등)에 초석을 놓는 매우 중요한 결과로 평가된다.

임영훈 교수는 "연구를 시작해서 논문을 내기까지 7년이 걸렸는데 마지막 2년 동안 독일에서 주관하는 학회지 심사위원들의 엄격한 심사를 거쳐 세계 물리학계로부터 인정을 받게 됐다"고 말했다.

제천 / 이형수기자