“물질을 구성하는 기본 입자를 원자라고 하죠. 가장 작은 원자인 수소 원자의 크기는 0.053㎚(나노미터)입니다. 일반 원자들은 0.2~0.3㎚가량이고요. 나노는 10의 9제곱, 10억분의 1ｍ입니다. 나노 카지노 입플은 이처럼 원자나 분자 수준에서의 물질 조작을 상용화하는 것이죠.”

KAIST AIM(최고경영자 과정) 두 번째 강의인 ‘나노 카지노 입플의 트렌드’ 시간. 김용현 KAIST 나노과학카지노 입플대학원 교수가 수강생들에게 나노 카지노 입플의 개념을 설명하며 강의를 시작했다. KAIST AIM은 경영·경제 이론 위주의 다른 경영대 최고경영자 과정과 달리 본교인 KAIST의 이공계 교수들이 강사로 나서 첨단 카지노 입플과 경영을 접목한 커리큘럼을 진행하는 게 특징이다. 첨단 카지노 입플에서 사업 아이템과 경영 개선점을 찾자는 것이다. 이 강의는 본격적인 첨단 과학 강의로는 첫 번째 시간이었다.

◆‘신(神)의 영역’ 나노 카지노 입플

사람이 인식하는 일반적인 세계에선 콘크리트 벽에 고무공을 던지면 튕겨나오기 마련이다. 물리학자들은 100억년 정도 계속 공을 던지다 보면 한 번 정도는 공이 벽을 통과하는 경우가 발생할 수도 있다고 한다. 이 정도면 ‘콘크리트 벽에 고무공을 던지면 튕겨나온다’는 현상에 적용되는 물리 법칙은 절대적이라고 봐도 될 것 같다.

“하지만 나노의 세계에선 반드시 그렇지가 않습니다. 벽에 공을 던지면 일부는 튀어나오고, 일부는 벽을 통과하죠. 여러 개를 던지면 공끼리 부딪히면서 사라지거나 전혀 엉뚱한 장소에서 나타나기도 합니다. 일반적인 세계를 설명하는 ‘상대성 이론’이 통용되지 않는, ‘양자역학’이 지배하는 세계죠. 나노 카지노 입플은 이런 현상을 이용해 현재 사용되는 카지노 입플들의 한계를 극복할 수 있기 때문에 진정한 ‘블루오션’이라고 할 수 있습니다.”

양자역학이 이론적으로 완성된 것은 1920년대 중반이다. ‘전자는 입자가 아니라 파동이다’ ‘물질을 구성하는 입자는 확률로 존재한다’ 등 양자역학의 결론들은 이미 나와 있었지만, 나노 카지노 입플 상용화 가능성이 보이기 시작한 것은 1980년대 들어서다.

“IBM은 1981년 원자를 배열하는 카지노 입플을 적용해 최초의 원자현미경인 주사터널링현미경(STM)을 만들었습니다. 이 카지노 입플이 개발된 이후 나노 카지노 입플이 급격하게 발전하기 시작했습니다. 이 카지노 입플의 근거가 된 논문이 1983년 발표됐고, 저자인 에른스트 루스카, 게르트 비니히 등은 1986년 노벨물리학상을 받았습니다. 노벨상이 보통 논문이 나온 다음 20년가량 뒤에 주어지는 것에 비하면, 3년 만에 수상한 건 아주 이례적인 일이죠. 그만큼 나노 카지노 입플에 대한 관심과 기대가 컸다는 얘기입니다.”

1996년 노벨화학상을 받은 풀러렌 합성은 본격적인 카지노 입플 시대를 열었다는 평가를 받는다. 풀러렌은 탄소 원자 60개로 이뤄진 축구공 모양의 구조물이다. 흑연과 다이아몬드 등 자연 상태로만 알려져 있던 탄소 분자의 새로운 형태가 발견된 것이다.

“풀러렌은 윤활유처럼 미끄러우면서 인체에 독성은 없어서 의료계에서 주목하고 있습니다. 현재 항암 치료제가 암세포 주위 정상 세포들까지 위협하는 경우가 많은데, 의약품을 풀러렌에 담으면 표적 치료제로 활용할 수 있겠다는 기대죠. 일정한 금속을 섞으면 초전도체로 변신하는 성질도 갖고 있습니다. 기름에 녹는 성질도 있어서 플라스틱에 첨가해 내구성·내열성을 높이는 역할을 합니다. 나노 카지노 입플이 얼마나 다양한 용도로 쓰이는지 몸소 보여주는 소재죠. 나노 카지노 입플을 ‘신의 영역’이라고 부르게 된 결정적인 계기입니다.”

◆나노 카지노 입플이 반도체를 대체할 것인가

나노 카지노 입플에 대한 개괄적인 설명을 들었으니 이제 이 카지노 입플을 어떻게 활용할 것인지 들어볼 차례다. 나노 카지노 입플은 아연 나노 입자를 함유한 자외선 차단제나 은나노 카지노 입플을 활용한 항균 세탁기 등에 사용되는 등 아직 활용도가 미미한 상황이다. 김 교수는 첨단 카지노 입플의 대표 격인 반도체와 관련한 나노 카지노 입플 강의를 이어갔다.

“실리콘을 원통 모양으로 숙성시킨 다음 원판 모양의 웨이퍼로 잘라냅니다. 그 웨이퍼에 회로도를 그린 뒤 잘게 잘라낸 것이 반도체입니다. 같은 사이즈 안에 얼마나 정밀한 그림을 그려넣는지가 핵심이죠. 삼성전자를 비롯한 정상급 반도체 기업들은 회로를 그리는 선들의 간격을 28㎚까지 줄이는 데 성공했습니다. 28나노 공정이라는 것이죠. 문제는 이 단계를 넘어서면 전자들끼리 부딪혀서 사라지거나, 엉뚱한 곳에 나타나는 간섭 현상이 너무 많이 나타난다는 점입니다. 반도체업계는 이제 이런 양자 현상을 줄이는 것이 아니라 이용하는 방식을 생각하고 있습니다. 아직 뚜렷한 결론이 나오진 않았지만 워낙 많은 과학자들이 치열하게 연구를 하고 있기 때문에 어떤 카지노 입플이 등장할지 주목됩니다.”

김 교수는 나노 카지노 입플이 시장의 기대에 미치지 못했던 대표적인 사례도 소개했다. 나노 과학계에서 상용화를 위해 상당한 노력을 기울였고, 나노 카지노 입플 발전에 크게 기여했다고 평가받는 탄소나노튜브다. “탄소나노튜브는 풀러렌을 쪼개서 연결해 원통 모양으로 만든 것입니다. 연결 방향에 따라 금속이 되기도 하고, 반도체가 되기도 하는 유례없는 물질이죠. 과학계나 산업계는 반도체를 대체할 수 있겠다는 기대로 떠들썩했고, 삼성전자는 실제로 탄소나노튜브를 활용한 디스플레이(FED)를 개발하기도 했습니다. 하지만 대량생산은 현재로선 불가능하다는 것으로 결론지어졌습니다. FED TV도 기존 LCD(액정표시장치)를 대체할 만한 장점이 없었고요.”

탄소카지노 입플튜브의 상용화가 불투명하다는 결론이 난 뒤 부각된 것은 2010년 노벨물리학상을 수상한 신소재 그래핀이다. 탄소 원자가 육각형 벌집 형태로 결합해 있는 그래핀은 강도(强度)가 강철의 200배로 다이아몬드와 비슷하며, 전자이동도는 실리콘의 100배에 달한다.

“삼성전자와 성균관대가 함께 현존하는 가장 큰 크기의 그래핀 웨이퍼를 만들어내는 데 성공하기도 했지만, 아직 상용화하기엔 실리콘 소재에 비해 경제성이나 효율 등에서 떨어지는 부분이 많습니다. 반도체와 마찬가지로 나노 카지노 입플이 상용화되려면 아직 시간이 필요한 것으로 보입니다.”

◆“바이오·에너지 분야에 주목하라”

나노 카지노 입플은 개발 초기부터 반도체나 디스플레이 등 첨단 과학 카지노 입플이 집적되는 정보카지노 입플(IT)과 결합되는 모습을 보였다. 하지만 눈에 띄는 결과는 바이오나 에너지 분야에서 속속 나오고 있다는 것이 김 교수의 설명이다.

“의료 분야에서 활용할 수 있는 대표적인 나노 카지노 입플은 ‘양자점’입니다. 실리콘 등 반도체를 나노 단위로 잘게 자르면 고유한 빛을 띠게 되는데, 카드뮴 셀레나이드라는 물질은 2㎚ 크기에선 파란색이지만 5㎚ 크기가 되면 붉은색을 띱니다. 이것은 그저 작게 자르기만 하면 되기 때문에 대량 생산이 가능하다는 장점도 있죠. 양자점 카지노 입플은 특정 약품이나 장기에 고유한 색을 넣어서 추적하기 쉽도록 만드는 ‘태깅’ 기법을 비약적으로 발전시킬 것으로 기대됩니다.”

김 교수는 나노 카지노 입플이 가장 필요하고, 또 상용화 가능성이 높은 분야로 에너지 분야를 제시했다. 미래 에너지로 꼽히는 수소를 활용한 전기 생산에 나노 카지노 입플이 큰 전환점을 마련할 것이라는 게 김 교수의 전망이다.

“현재 자동차나 휴대폰에 쓰이는 충전식 배터리는 화석연료에 의존한다는 점에서 한계가 있습니다. 바다에서 무한정 얻을 수 있는 수소를 활용하는 것이 궁극적인 해결책이죠. 문제는 수소를 어떻게 쓰냐는 겁니다. 우선 수소 저장에 있어선 바나듐, 스칸듐 등을 나노 크기로 분해해 수소 원자를 결합시키는 방법이 곧 상용화 단계에 들어갈 것으로 전망됩니다. 더 큰 문제는 수소를 산소와 결합시켜 에너지를 내는 카지노 입플입니다. 현재는 수소를 산소와 반응시키는 데 백금이 가장 많이 쓰입니다. 수소 전지가 비쌀 수밖에 없는 이유죠. 현재 나노 카지노 입플은 사람의 적혈구가 헤모글로빈 단백질을 활용해 산소를 붙잡는 카지노 입플에 주목하고 있습니다. 그래핀 소재에 일정한 금속을 넣어 산소를 붙잡는 연구를 하고 있는 것이죠. 어느 정도 성과를 내고 있고, 가까운 미래에 큰 발전이 있을 것으로 기대됩니다.”

준비된 강의가 끝나자 수강생들의 질문이 이어졌다. 한 학생은 “나노 카지노 입플에서 한국의 위치는 어디쯤인가”라는 질문을 던졌다.

“그래핀은 세계 최정상이고, 양자점 카지노 입플도 상당한 수준입니다. 하지만 나노 카지노 입플은 세계 어떤 나라도 선두에 있다고 볼 수 없습니다. 단 하나의 결정적인 발견이 온 세계를 뒤집을 수도 있기 때문이죠. 다만 비즈니스 측면에서 접근하자면 반도체 쪽은 그런 결정적인 발견이 20년 정도는 지나야 나타날 것으로 전망되는 반면, 에너지 분야는 빠르면 5년 이내에도 큰 변화가 있을 것으로 보입니다. 기업들이 실제로 그런 면을 보고 집중적인 투자를 하고 있기도 하고요.”

김용현 <KAIST 나노과학카지노 입플대학원 교수

정리=강현우 기자 hkang@hankyung.com