'QLED TV' 탄생 기여한 양자점 발견, 노벨 화학상 3人 공동수상

2023년 노벨 화학상 수상자. / 사진=노벨위원회

올해 노벨 화학상은 양자점(Quantum dot)을 발견해 현대 전자산업의 근간을 만든 과학자 3명에게 돌아갔다. 양자점은 입자의 크기가 매우 작은 '반도체 나노입자'로, 양자점의 발광 특성을 활용해 만든 대표적 기술이 바로 QLED(퀀텀발광다이오드) TV다. 이들 3명은 양자점이란 개념을 만들고 전자·의학 산업 등의 발전을 이끈 공로를 인정받았다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 4일(현지시각) 머운지 바웬디(Moungi Bawendi) 미국 매사추세츠공과대(MIT) 교수, 루이스 브루스(Louise Brus) 미국 컬럼비아대 교수, 알렉세이 에키모프(Alexei Ekimov) 미국 나노크리스털테크놀로지 박사 등 3인을 노벨 화학상 수상자로 선정했다.

노벨위원회는 "올해 노벨 화학상 수상자들은 양자 현상에 의해 그 특성이 결정되는 나노입자를 만드는 데 성공했다"며 "양자점은 QLED 기술을 기반으로 컴퓨터 모니터와 TV 화면을 비추는 등 인류에게 커다란 혜택을 가져다주고 있다"고 수상 배경을 밝혔다.

양자점은 입자의 크기가 매우 작은 '반도체 나노입자'다. 수㎚(나노미터·10억분의 1m) 수준이다. 일반적인 물질과 달리 나노 크기 물질에선 고전물리학으로 설명할 수 없는 '양자역학적 특성'이 나타난다. 특히 입자의 크기가 나노 수준으로 작아지면 입자의 전기·광학적 성질이 변하는데 이러한 반도체 나노입자를 양자점이라고 한다.

양자점에 전기를 걸어주거나 빛을 쪼아주면 입자의 크기·모양·재료에 따라 특정한 진동수의 빛을 방출한다. 이런 발광 특성을 활용한 기술이 QLED TV, 컴퓨터 모니터 등이다. 향후 미래 진단 분야에서도 활용이 가능할 전망이다. 체액·혈액을 떨어뜨리면 색이 변하는 진단키트 등을 양자점으로 대체할 경우 민감도가 극대화될 수 있다.

과거 물리·화학자들은 나노입자에서 양자 효과가 나타난다고 추측만 했을 뿐 이를 증명·활용하진 못했다. 하지만 알렉세이 에키모프는 1980년대 초 러시아 바빌로프 국립광학연구소에서 색깔이 있는 유리에서 양자 효과를 만들었다. 몇년 후 루이스 브루스가 벨연구소에서 입자의 크기에 따라 양자 효과가 다르다는 사실을 최초 입증했다. 머운지 바웬디는 1993년 MIT에서 양자점 합성법을 개발해 상용화 근간을 만들었다.

윤효재 고려대 화학과 교수는 "올해 노벨 화학상 수상자 3명은 양자점이란 개념 자체를 만들고 이를 산업에서 활용할 기술 근간을 만든 과학자들"이라고 설명했다. 그러면서 "양자점 기술을 이용하면 색상이 더 선명하고 수명이 길며 가격도 저렴한 디스플레이 장치를 만들 수 있다"며 "전자산업뿐만 아니라 현재 양자점 기술을 활용해 메디컬 응용기술 개발 등도 이뤄지고 있다"고 했다.

한편 올해 노벨 화학상 수상자가 공식 발표되기 전 명단이 유출되는 초유의 사태가 벌어졌다. 결국 유출된 명단 3명이 그대로 수상자로 이름을 올렸다. 1901년 노벨상 시상이 시작한 이래 수상자 명단이 통째로 유출된 사례는 이번이 처음이다. 노벨상 선정과 시상을 맡은 스웨덴 왕립과학원은 향후 거센 비판을 피하기 어려울 것으로 보인다.