올 노벨화학상은 QLED TV 개념 만든 양자점 연구자 품으로

2023년 노벨 화학상은 양자점(퀀텀닷) 발견과 발전을 이끈 과학자들에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 4일(현지 시간) 올해 노벨 화학상 수상자로 프랑스계 미국 과학자 모운지 바웬디(62) 미국 매사추세츠공과대(MIT) 교수, 루이스 브루스(80) 컬럼비아대 교수, 러시아계 과학자 알렉세이 에키모프(78) 나노크리스탈스 테크놀로지 박사를 선정했다고 밝혔다.

노벨 위원회는 “이번 수상자들은 나노 과학에서 가장 작은 요소인 양자점을 발견하고 발전시켜 TV를 비롯한 각종 디스플레이와 LED 조명은 물론 의사가 신체에서 종양 조직을 제거할 때도 사용하는 등 활용도를 넓히는 데 이바지했다”라고 수상 업적을 설명했다.

양자점발광다이오드(QLED) TV의 핵심 기술인 양자점은 1980년대 초 미국 벨연구소 연구원이었던 루이스 브루스와 알렉세이 에키모프 박사가 1983년과 1984년에 ‘화학물리학 저널’에 아주 작은 반도체 결정을 발견했다고 발표하면서 알려졌다.

양자점은 수백~수천 개의 원자가 뭉친 덩어리지만 지름이 10㎚(나노미터) 이하로 작아 양자 구속 효과를 비롯해 다양한 양자역학적 특성을 나타내는 물질이다. 이 때문에 양자점은 별도의 광원 없이 전압을 가하기만 하면 스스로 빛을 낼 수 있어 발견 초기부터 디스플레이 재료로 주목받았다. 양자점의 가장 큰 특징은 재료 조성을 바꾸지 않고 결정 크기를 조절하는 것만으로 원하는 색을 얻을 수 있다는 점이다. 양자점의 지름이 작을수록 푸른빛이 나오고 커질수록 붉은빛이 나오는 식이다.

브루스 교수와 에키모프 박사는 콜로이드 상태의 양자점을 발견했는데 1993년 바웬디 교수가 효율적인 습식 합성법을 개발해 다양한 재료를 이용해 양자점에 관한 연구가 이뤄지고 있다. 카드뮴이나 셀레늄 같은 재료로 양자점을 만들었지만 카드뮴 독성 때문에 최근에는 비독성 물질을 이용한 양자점 연구가 활발하다. 양자점은 양자 과학에서 가장 활발하게 연구되는 분야다. 디스플레이뿐만 아니라 태양광 발전은 물론 바이오이미징까지 다양하게 응용이 시도되고 있다.

김성지 포스텍 화학과 교수는 “무기 물질인 양자점은 유기 물질에 비해 더 긴 수명을 가질 수 있으며 손쉽게 용액공정이 가능해 생산 비용도 낮다”라면서 “이들의 연구로 만들어진 양자점은 에너지 효율과 내구성이 높아 디스플레이, 태양전지, 프로브 등 다양한 분야의 차세대 소재로 각광받고 있다”라고 설명했다.

한편 화학상 수상자는 애초 오전 11시 45분(현지시간)에 발표될 예정이었지만 스웨덴 왕립과학아카데미의 실수로 2시간 40분 전인 오전 9시 5분에 사전 유출되는 사태가 벌어졌다. 123년 노벨상 역사상 수상자 명단이 사전 유출된 것은 처음이다. 노벨 위원회는 수상자는 유출된 시간에는 아직 수상자가 선정되지 않았다고 해명에 나서면서 수상자가 바뀌거나 발표가 연기될 것이라는 예상도 있었지만 유출된 명단 그대로 발표됐다.

이번 화학상 수상자들은 상금 1100만 스웨덴크로나(13억 6477만원)를 3분의1씩 나눠 받게 된다. 화학상 수상자 발표로 올해 노벨 과학상 수상자는 모두 공개됐다. 노벨 재단은 남은 문학상, 평화상, 경제학상 수상자를 각각 5일, 6일, 9일에 발표한다.

유용하 기자