김영근 교수 제16대 한국자기학회장에 취임

김영근 고려대학교 공과대학 신소재공학부 교수가 제16대 한국자기학회장에 취임한다.

임기는 2021년 1월부터 2년이다.

 

한국자기학회: komag.org/

"[사랑방] 김영근 고려대학교 신소재공학부 교수 外", 중앙일보, 2020년 12월 31일, news.joins.com/article/23958653

고려대 김영근 교수팀, 새로운 형태의 폐수처리용 메조결정 개발

▲ 김영근 교수(교신저자. 왼쪽)와 고민준 박사과정생(제1저자)

고려대학교(총장 정진택)는 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 자성과 광촉매 특성을 동시에 갖춘 다성분 메조결정 나노입자를 개발하여 높은 효율로 오염수에 존재하는 난분해성 유기오염물질을 분해하고 재사용할 수 있음을 확인했다.

오염수에는 쉽게 분해되지 않는 플라스틱 첨가제, 살충제, 살균제를 포함한 유기오염물질이 많이 존재하고 있다. 이러한 오염물질을 효과적으로 제거하기 위하여 오존 산화, 과산화수소 광분해, 펜톤(Fenton) 산화기술 등에 관한 연구가 진행됐다. 그러나, 높은 제조 및 처리비용, 수용액에서의 응집, 사용한 촉매의 분리와 재사용의 어려움으로 한계가 있었다.

연구진은 산화철(Fe3O4) 메조결정에 폴리아크릴레이트 (polyacrylate)를 코팅하여 고분자 중합 유도 성장을 이용하여 산화철(Fe3O4), 아연페라이트(ZnFe2O4), 산화아연(ZnO) 세 가지 종류의 단위결정으로 구성된 다성분 메조결정 나노입자를 합성했다.

다성분 메조결정 나노입자는 자외선이 아닌 가시광선을 흡수하여 과산화수소(H2O2)를 수산화 라디칼(?OH)로 분해하여 유기오염물질 모델로 사용된 메틸렌 블루(Methylene Blue)분자를 1시간 내에 모두 분해하는 특성을 보였다. 다성분 메조결정 나노입자는 선행연구에서 사용된 촉매소재 대비 20분의 1 낮은 농도에서 비슷하거나 더 뛰어난 특성을 보이며, 자기장으로 회수하여 5회 재사용하는 과정에서 광촉매 특성과 분산 안정성이 유지됨을 확인했다.

연구팀은 "다성분 메조결정 나노입자는 태양광을 이용한 광촉매 활성과 자기장으로 회수한 이후에도 오염수에 쉽게 분산되는 성질을 가지고 있어 대량의 오염수를 동시에 처리하고 재활용할 수 있으며, 기존 사용되는 촉매들의 한계점으로 지적되는 높은 제조 및 처리비용, 사용한 촉매의 분리 및 2차 오염의 문제를 해결할 가능성이 있다."라고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업과 산업통상자원부 핵심소재부품기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 나노기술 분야 국제학술지인 스몰(Small)에 현지시간 12월 22일자 표지 논문으로 게재됐다.

▲ (그림1) 다성분 메조결정 나노입자의 합성과정. (a)폴리아크릴레이트를 이용한 고분자 중합 유도 이종 핵 생성 및 성장과정. (b)합성한 다성분 메조결정 나노입자의 투과전자현미경 이미지.
▲ (그림2) 다성분 메조결정 나노입자를 이용한 광촉매 특성. (a)다성분 메조결정 나노입자의 수산화 라디칼 생성 메커니즘. (b)가시광을 이용한 다성분 메조결정 나노입자의 유기오염물질 분해능. (c)재사용 테스트 결과.

 

송기우, "고려대 김영근 교수팀, 새로운 형태의 폐수처리용 메조결정 개발", 에너지경제신문, 2020년 12월 24일, www.ekn.kr/web/view.php?key=20201224010006166

고려대학교 김영근 교수팀, 암전이 예측 및 치료제 개발을 위한 나노구조의 EMT 유도 검증

고려대학교(총장 정진택)는 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 전착 방법으로 성장시킨 금(gold) 나노선 어레이를 이용하여 세포성장이 가능한 미세환경을 구성하였고, 상피세포가 나노구조의 표면 특성에 의해 중간엽 세포로 전환되는 것을 확인했다고 지난 18일 밝혔다.

김영근 교수

암으로 인한 사망원인의 90% 이상은 원발성 암 부위로부터 멀리 떨어진 곳으로 전이가 일어나는 것에 기인한다. 수술 등 치료법이 발달하고 항암제가 개발되면서 생존율은 높아지고 있지만 아직까지 재발, 전이된 암에서 효과적인 치료제가 없는 상황이며, 특히, 치료 실패의 주요 원인 중 하나가 치료제 내성이나 암세포의 전이를 유도하는 것으로 보고되고 있는 상피간엽이행(Epithelial-Mesenchymal Transition: EMT) 현상이다.

EMT 과정 중 세포는 형태적 변형과 같은 물리적 특성과 생물 지표의 증감으로 구별이 가능하다. 연구팀은 금(gold) 나노선 어레이에서 성장하는 세포외곽의 미세구조를 전자현미경(SEM), 원자힘 현미경(AFM) 등으로 분석했고, 형광현미경으로 세포 초점 접착에 관여하는 단백질 분포를 확인하여 금 나노선 어레이에서 성장하는 세포의 형태적인 특징과 세포 내부의 분자적 특징이 연관되어 있음을 확인했다. 세포 형태 변형에 따른 내분 분자의 변화는 EMT과정의 생물지표인 비멘틴(vimentin)의 증가와 E-cadherin의 감소로 확인되며, 이는 세포의 초점 접착 변화가 EMT를 유도할 수 있다는 근거이다.

김영근 고려대 교수는 “이번 연구는 암세포의 EMT를 유도하는 환경을 구체화하여 암 전이와 관련된 생물학적 기능을 이해하는데 유용하며, EMT 유도 미세 환경을 구현하여 진단 및 항암제를 개발하는 새로운 전략을 제공할 수 있다. EMT 현상이 일어날 때에는 특정 생리활성 물질에 대한 의존성이 있으며 생리활성 물질의 기능을 억제하는 방식으로 EMT 활성이 강한 암세포를 선택적으로 제거할 수 있는 항암 치료법 개발이 가능하다.”라고 설명했다.

이번 연구 성과는 한국연구재단 중견연구자 지원사업과 이공학 개인기초 연구지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 재료과학 분야 최고 권위의 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 12월 3일자로 게재됐다.

 

한상형, "고려대학교 김영근 교수팀, 암전이 예측 및 치료제 개발을 위한 나노구조의 EMT 유도 검증", 한국강사신문, 2020년 12월 21일, www.lecturernews.com/news/articleView.html?idxno=58061

 

How to store cipher data in magnetic skyrmions

Scientists of Far Eastern Federal University (FEFU) with international collaborators propose direct magnetic writing of skyrmions, i.e. magnetic quasiparticles, and skyrmion lattices, within which it is possible to encode, transmit, process information, and produce topological patterns with a resolution of less than 100 nanometers.

This brings closer miniaturized post-silicon electronics, new topological cryptography techniques, and green data centers, reducing the load on the Earth's ecosystem significantly.

A related paper appears in ACS Nano ("Magnetic Direct-Write Skyrmion Nanolithography").

Skyrmion lattice formation. (Image: FEFU)

International scientific teams are intensively looking for alternative materials and approaches to replace silicon electronics devices based on CMOS technology (complementary metal-oxide-semiconductor). The major drawback of this technology is the size of contemporary transistors based on it. Physical impossibility to further miniaturizing them implies the future development of the electronics industry is under question.

One of the promising alternatives to CMOS transistors is thin-film magnetic materials with layers from one to several nanometers thick, in which skyrmions, nontrivial magnetic structures, are formed under certain conditions.

In the study, researchers claim they have designed close-packed stable arrays of skyrmions via affecting a thin-film magnetic structure by the local magnetic field of a magnetic force microscope probe.

Thus, the team pioneered topological nanolithography, getting nanoscale topological patterns where each individual skyrmion acts as a pixel, just like in digital photography. Such skyrmion pixels are not visible in the optical range and to decode them, as well as to create them, one needs a magnetic force microscope.

"Skyrmions driven by current pulses can be used as basic elements mimic the action potential of biological neurons to create neuromorphic chips. Arrays of chips with each tiny neuron element communicating with another one by means of moving and interacting skyrmions, will have energy efficiency and high computing power", says Alexander Samardak, one of the authors of the research idea, FEFU Vice-President for Research. "Another interesting field is visual or topological cryptography. In that case, a message is encrypted as a topological pattern which is a set of ordered skyrmions. Deciphering such a message will require, first, knowledge of the coordinates of the nanoscale image and, second, the availability of a special gear as a magnetic force microscope with high sensitivity to stray fields of skyrmions. Attempting to hack the message with incorrectly selected parameters for reading the topological image will lead to its destruction. Currently, about 25 MB of information can be recorded on a square millimeter of a magnetic thin film. By reducing the size of skyrmions to 10 nm, a capacity of 2.5 Gb / mm2 can be achieved."

The limitation of the approach is that the speed of recording of information with local point magnetic fields. It is still very slow, which curbs the approach from mass implementation.

Alexander Samardak said that the team learned how to regulate the size and density of the skyrmions packing, controlling the scanning step (a distance between two adjacent scanning lines) with a probe of the magnetic force microscope. It expands the possible future applications.

For example, if the skyrmions have a size of less than 100 nanometers, they can be used as a base for reservoir computing, reconfigurable logic, and magnonic crystals which are the basis of magnonic processors and microwave communication devices in the sub-THz and THz range. Such devices will be much more energy-efficient compared to existing electronics. That paves the way for future green and high-performance data centers.

"Skyrmion can be a carrier of information bits. That is possible due to the skyrmion polarization, i.e. positions "up" or "down" which relates to well-known "0" or "1". Hence, skyrmions can be basic elements for magnetic or racetrack memory. Such devices, in contrast to hard magnetic disks, will have no mechanical parts, bits of information will move by themselves. Moreover, ordered two-dimensional arrays of skyrmions can play the role of artificial magnonic crystals, through which not electric current but spin waves propagate transmitting information from a source to a receiver without heating the working elements," Alexey Ognev says, the first author of the article, Head of the FEFU Laboratory for thin-film technologies.

Using the developed technology, scientists plan to scale down the size of skyrmions and develop practical devices based on them.

 

Far eastern Federal University, "How to store cipher data in magnetic skyrmions", 2020년 11월 30일, www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=56726.php

속도·에너지 극대화 `자기메모리` 상용화 성큼

▲ 왼쪽부터 김영근 교수, 김용진 박사(공동제1저자), 이민혁 석박사통합과정(공동제1저자)

국내 연구진이 차세대 메모리로 불리는 자기메모리의 상용화를 한 단계 앞당긴 연구 성과를 내놨다.

김영근 고려대 신소재공학부 교수와 같은 학과 이민혁 연구원 공동 연구진은 차세대 자기메모리의 전류를 저감할 수 있는 소재 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

자성메모리는 자석 성질을 갖고 있는 물질과 그렇지 않은 물질이 차곡차곡 쌓인 형태로 이뤄져 있다. 자성층의 자성 방향, 즉 N극과 S극이 바뀌면서 정보가 저장되는데 이처럼 N극과 S극을 바꾸는 기술을 `스핀궤도토크`라고 한다. 그런데 스핀궤도토크를 위해서는 기존 메모리 대비 5배 이상 많은 전류를 흘려줘야만 했다. 그만큼 비용이 증가해 상용화의 걸림돌로 작용했다. 김 교수 연구진은 자성메모리를 구성하고 있는 층 사이에 텅스텐 기반의 소재를 넣음으로써 전류를 낮추는 데 성공했다.

 

이새봄, "[과학] 속도·에너지 극대화 `자기메모리` 상용화 성큼", 매일경제, 2020년 12월 16일, mk.co.kr/news/it/view/2020/12/1288460/

고려대 연구팀, 생체 내 나노코딩 제어 시스템 세계 최초 개발

고려대학교는 신소재공학부 강희민·김영근 교수 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 줄기세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체 내 나노코딩 제어 시스템을 세계 최초로 개발했다고 27일 밝혔다.

신소재공학부 김영근 교수와 강희민 교수는 "나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로 임플란트 소재의 생체내 줄기세포의 제어 가능성을 검증했다"면서 "이로써 향후 환자 맞춤형 재생·면역치료 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 논문은 세계적인 국제학술지 `Advanced Materials (Impact Factor: 27.398)`(21일자)에 게재됐다.

 

 

조성진, "고려대 연구팀, 생체 내 나노코딩 제어 시스템 세계 최초 개발", 매일경제 MBN, 2020년 08월 27일, https://www.mk.co.kr/news/it/view/2020/08/883751/

The 31st Joint Interlaboratory Workshop on Nano-Magnetics (JIWON)

Our laboratory members attended 'The 31st Joint Interlaboratory Workshop on Nano-Magnetics' held in Sendai, Japan on  January 27 ~ 30, 2020.

 

일본 Tohoku대 전자공학과 Sahashi교수님 연구실, Far Eastern Federal University (FEFU) 연구실과 31번째 JIWON 워크샵을 가졌다.