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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 올해 노벨물리학상 제라르 무루 교수와의 추억

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나의 지도 교수, 그리고 올해 노밸물리학상 수상자 제라르 무루 교수

올해 노벨 물리학상 수상자로 아서 애슈킨 미국 벨연구소 박사, 제라르 무루 프랑스 에콜폴리테크니크 교수, 도나 스트리클런드 캐나다 워털루대 교수가 선정됐다. 이 소식을 접하고 나는 깜짝 놀랐다.

공동 수상자 가운데 한 사람인 제라르 무루(Gerard Mourou) 교수가 바로 필자의 박사학위 지도 교수이기 때문이다. 약 10년 전부터 후보라는 소식은 들었으나 막상 발표되고 나니 한편 놀라기도 하고, 또한 반갑고 영광스럽기도 하다. 약 30년 전의 추억이 떠올랐다. 

      김정호 KAIST 교수

제라르 무루 교수 팀은 극초단 펄스 레이저를 처음 개발하고 그 용용 분야를 개척했다. 그 팀이 개발한 레이저는 매우 짧은 시간을 갖는 펼스(Pulse) 레이저인데, 그 펄스의 크기가 팸토초 정도의 시간 단위의 크기이다. 그 레이저 펄스의 주기는 약 100MHz 정도 인데 그 이유는 레이저 공진기 거울간의 거리를 빛이 왕복하는 시간이 결정하기 때문이다. 레이저 펄스의 크기가 팸토초 크기라면, 그 시간은 놀랍게도 1000 조 분이 1초이다. 그 짧은 시간은 자연계에 존재하는 한계 시간이고 거의 ‘0’ 의 시간이라도 할 수 있다. 대부분의 자연계 현상이 정지한 시간이다.

그 펨토초 시간은 빛이 광속으로 전파하더라도 1 마이크로미터(백만 분의 1 미터) 밖에 전진하지 못하는 순간 정지의 시간이다. 이 시간은 광속의 빛도 정지한 시간이다. 이처럼 펨토초 레이저를 이용해서 빛도 정지한 이 시간대에 일어나는 다양한 물리, 화학 현상을 탐구할 수 있었다. 정지된 시간과 빛의 세계를 탐험할 기회를 제공한 셈이다. 전자, 원자, 분자도 정지시킬 수 있다. 이처럼 제라르 무루 교수는 자연과학과 공학의 신세계를 최초로 열었다고 본다. 그가 펨토초 레이저 연구를 제일 처음 시작했고, 30년 이상 지속적으로 꾸준히 진행했다. 그래서 노벨상을 받았다.

1980년대 제라리 무루 교수와 그 제자가 펨토초 레이저를 이용해 실험을 하고 있다. [출처: 로체스터 대학]

빛의 속도와 경쟁하는 피코초 반도체

한편 필자는 박사 학위 연구에서 이러한 펨토초 레이저를 이용해서 고속 반도체 소자의 특성을 측정하는 방법을 개발했다. 자연계에 머문 극한의 시간 기술을 공학과 접목해 기존의 전자 계측기로 측정할 수 없었던 펨토초 영역의 고속 반도체 현상을 측정할 수 있었다. 특히 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 영상을 영화 같이 찍을 수 있었다.

예를 들어, 우리가 영화를 만드는데 1초에 24장 정도의 사진을 찍고, 그것을 연속으로 보여주면 동영상이 된다. 그 때 영화 필름 속의 사진은 24분의 1초마다 1장씩 찍게 된다. 마찬가지로 펨토초 단위로 반도체 위에 전자파를 발생시키고, 그 전자파의 각종 현상을 영화처럼 측정한다.

발생 시간과 측정 시간을 팸초토 차이를 주면서 영상을 계속 얻는다. 그 시간 차이는 거울을 이용해 빛이 전파하는 시간으로 조절해서 달리한다. 거울을 1마이크로미터(1 백만 분의 1 미터)를 이동하면 빛의 시간을 펨토초 정도 지연 가능하다. 이렇게 반도체 공간에 분포한 전자파 사진을 찍고 매 펨토초 마다 시간 차를 두면서 계속 사진을 얻는다.

그리고 그 사진들을 나중에 쭉 이으면 전자파가 반도체 위에서 영화를 얻을 수 있다. 이렇게 보면 시간 공간에서 정지한 빛과 전자파의 세계를 영화로 구현해 보았다.

펨토초 레이저를 이용해서 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 모습을 측정한 영상의 한 장면. [출처: KAIST]

빛의 속도와 경쟁하는 고성능 반도체 시대 대비해야

시간이 한참 지난 지난 지금 필자는 고속 반도체와 패키지 설계 분야를 연구하고 있다. 인공지능과 빅데이터 시대에 필요한 고속, 고성능, 저전력 반도체 분야의 연구이다. 한편 박사학위를 받은 연구 분야를 벗어나 기간 산업과 가까운 분야를 하는 자부심을 갖고 있으면서 다른 한편으로 기초 연구에 대한 아쉬움이 교차한다.

지금 고속 반도체 GPU나 D램은 디지털 시계에 맞추어 빅데이터를 계산하고 저장하고, 주고 받는다. 이를 설계할 때 둘 사이의 신호 전파 지연시간(Latency)과 신호간의 시간 차이(Skew)를 피코초 단위로 줄여야 한다. 피코초(1조 분의 1초)는 펨토초의 1000 분의 1 초 시간이다. 펨토초 영역에서 연구하고 익숙하다 보니, 피코초는 당연히 조정 가능하고, 설계 가능하고 구현가능한 시간대라고 생각하게 되었다.

그리고 앞으로 펨토초 영역의 고성능 반도체도 설계할 수 있다는 상상이 된다. 모두 오래 전에 펨토초 과학과 공학을 경험해 보았기 때문이다. 이러한 경험이 상상력의 원천이 되고, 이로부터 다가오는 4차 산업혁명 시대를 위한 영감을 얻는다. 

엄청난 빅데이터 속도(Big data/s)에 대한 두려움이 없다.

빅데이터(Big data)도 중요하지만 빅데이터를 얼마나 빨리 주고 받을 수가 (Big data/s) 있는가에 대한 중요성을 보여주는 개념도. [출처: KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr     

      

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

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서울 그린벨트 해제 초읽기 [서울=뉴스핌] 이동훈 기자 = 정부가 수도권 주택 공급 확대를 위해 7만3000가구 이상 규모의 신규 공공주택지구를 추가로 내놓는다. 이르면 다음 달 말 후보지가 공개될 것으로 예상되면서 서울 내 개발제한구역(그린벨트)이 얼마나 포함될지 관심이 커지고 있다. ◆ 서울 그린벨트 해제 여부가 최대 관심 16일 정부와 부동산업계에 따르면 국토교통부는 ′8·13 공급대책′에서 밝힌 연내 7만3000가구+α 규모의 신규택지 공급계획과 관련해 지방자치단체와 막바지 후보지 협의를 진행하고 있다. 김윤덕 국토부 장관은 지난 14일 기자간담회에서 7만3000가구 물량에 대해 "행정·실무 절차만 남아 있다"며 조만간 후보지를 발표하겠다는 뜻을 밝혔다. 김윤덕 국토교통부 장관이 13일 오전 서울 종로구 정부서울청사에서 '전월세 및 매매시장 안정을 위한 주택 신속공급 방안 및 부동산 시장 안정을 위한 금융 종합대책' 발표를 하고 있다. 왼쪽부터 김윤덕 장관, 이억원 금융위원장, 임기근 국무조정실장. [사진 = 뉴스핌DB] 앞서 정부는 서울 강서구 염창공원 일대와 경기 남양주시 와부읍 고려대 덕소농장 일대, 경기 광주시 장지동 경강선 광주역 일원 등 3곳을 신규 택지로 확정했다. 이들 지역에서 총 2만7000여가구를 공급하고 2029년 착공에 들어간다는 계획이다. 여기에 추가 신규택지 7만3000가구+α를 더해 수도권에서 총 23만가구 이상의 추가 공급을 추진한다. 시장의 관심은 서울 그린벨트에 쏠리고 있다. 정부가 추가 택지 확보에 나서면서 그동안 공급 후보지로 꾸준히 거론됐던 지역들이 다시 주목받고 있기 때문이다. 대표적으로 서초구 내곡동 예비군훈련장과 강남구 세곡·자곡동 일대, 수서차량기지, 송파구 방이동 올림픽선수촌 주변이 거론된다. 서울 인접 지역에서는 경기 하남 감북지구가 후보지로 언급된다. 이들 지역은 서울 도심과 가깝고 교통 여건도 비교적 양호해 택지로 활용할 경우 공급 효과가 큰 곳으로 평가된다. 특히 강남권 그린벨트가 포함될 경우 서울 주택 공급을 늘리는 동시에 서울 접근성이 높은 입지를 확보할 수 있다는 점에서 관심이 크다. 다만 실제 후보지 선정까지는 넘어야 할 관문이 적지 않다. 서울시는 그동안 주택 공급을 위한 그린벨트 해제에 부정적인 입장을 보여왔다. 반면 국토부는 주택 공급을 위해 필요한 경우 그린벨트 활용을 검토할 수 있다는 입장이다. 최근 김 장관이 그린벨트 해제와 관련해 서울시와의 협의가 반드시 필요한 것은 아니라는 취지의 발언을 내놓으면서 양측의 입장차도 다시 부각되고 있다. 정부와 서울시의 협의가 원만하게 이뤄지지 않을 경우 중앙정부가 공공주택지구 지정 권한 등을 활용해 사업을 추진할 수 있을지도 관심사다. 그럼에도 서울시와 지역 주민들의 반발 등을 고려하면 실제 사업 추진 과정에서 상당한 진통이 예상된다. ◆ 오세훈·김윤덕 20일 회동…공급 협의 분수령 정부와 서울시 간 협의 결과는 오는 20일 예정된 김윤덕 국토부 장관과 오세훈 서울시장의 면담에서 일부 윤곽이 드러날 가능성이 있다. 김 장관은 지난 14일 "오 시장이 요구한 사안 가운데 상당 부분은 수용했고 일부 쟁점이 남아 있다"며 지속적으로 협의하겠다는 입장을 밝혔다. 8·13 공급대책 발표 이후 정부와 서울시가 서울 지역 주택 공급 방안을 놓고 공식적으로 논의하는 자리라는 점에서 이번 회동에 관심이 쏠린다. 서울시는 그린벨트 해제보다는 정비사업 활성화와 도심 내 유휴부지 활용 등을 통한 공급 확대를 선호하는 것으로 알려졌다. 반면 정부는 정비사업만으로는 단기간에 필요한 공급 물량을 확보하기 어렵다는 판단 아래 신규택지와 그린벨트 등 가용 부지를 폭넓게 활용한다는 방침이다. 결국 이번 추가 신규택지의 핵심은 7만3000가구라는 물량 자체보다 서울 접근성이 높은 입지를 얼마나 확보할 수 있느냐가 될 전망이다. 부동산업계 관계자는 "수도권에 7만3000가구 이상의 신규택지가 추가되더라도 서울 접근성이 떨어지는 지역에 집중되면 시장의 체감 효과는 제한적일 수 있다"며 "강남권을 포함한 서울 그린벨트 활용 여부와 정부·서울시 간 협의 결과가 추가 공급대책의 성패를 좌우할 것"이라고 말했다. leedh@newspim.com 2026-08-16 15:03
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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