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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]  

[뉴스핌 베스트 기사]

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세계 최대규모 베이징모터쇼 개막 [베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 세계 최대 규모의 베이징 모터쇼가 24일 개막했다. 이날 개막한 베이징 모터쇼는 다음 달 3일까지 10일 동안 진행된다. 베이징 모터쇼는 2년에 한 번 개최된다. 그동안 국제 전람 센터에서 개최되었던 베이징 모터쇼는 참여 기업이 증가하면서 국제 전시 센터에서도 동시에 개최됐다. 이로 인해 전시 면적은 기존의 20만㎡에서 38만㎡로 확장됐다. 이는 모터쇼로는 사상 최대 규모다. 베이징 모터쇼에는 21개국의 1000여 개 자동차 제조업체와 부품 제조업체가 참여한다. 전시 기간 동안 약 100만 명의 방문객이 찾을 것으로 예상되고 있다. 모터쇼에는 모두 1451대의 차량이 전시된다. 이 중 세계 최초 공개 모델(월드 프리미어)은 181대다. 2년 전 모터쇼의 117대에 비해 대폭 늘어났다. 콘셉트카는 71대가 전시된다. 중국 최대 자동차 업체인 비야디(BYD, 比亞迪)는 9분 만에 완전 충전이 가능한 배터리를 선보였다. 해당 배터리를 장착한 차량은 한 번 충전으로 830㎞ 주행이 가능하다. 중국 업체인 체리 자동차는 50가지 이상의 모델을 전시한다. 특히 체리 자동차는 새로 개발한 서브 브랜드인 '쭝헝(縱橫)'이 처음으로 공개되었다. 쭝헝은 럭셔리 하이브리드 오프로드 차량 브랜드다. 지리(吉利)자동차는 산하 브랜드 제품들을 대거 전시했으며, 별도로 기술 전시 부스를 마련해 자율 주행 기술을 선보였다. 스마트카 솔루션을 개발하고 있는 화웨이도 부스를 만들어 20여 대의 차량을 전시했다. 화웨이는 창안 자동차, 둥펑 자동차, 베이징 자동차, 상하이 자동차, 광저우 자동차, 체리 자동차, 제일 자동차, 장화이 자동차 등 8대 국영 자동차 기업과 제휴하여 차량을 출시하고 있다. 이 밖에도 모터쇼에서는 현대차, 폭스바겐, 메르세데스-벤츠, BMW 등 글로벌 자동차 브랜드들도 총출동했다. 폭스바겐 그룹은 폭스바겐, 제타, 아우디를 포함해 총 4개 브랜드 산하 10개 모델을 선보인다. 특히 폭스바겐은 중국 전기차 업체 샤오펑과 협업해 개발한 ID.UNYX 모델의 첫선을 보였다. 폭스바겐 그룹은 올해 순수 전기차, 플러그인 하이브리드차 등 신에너지차(NEV) 20여 대를 출시하는 등 중국 시장 공략을 가속할 구상이다. 메르세데스-벤츠는 중국 자율 주행 기업 모멘타의 자율 주행 기술을 탑재한 신형 S클래스를 전시했다. 현대차는 이번 모터쇼에서 중국 시장에 출시할 아이오닉 전기차 양산 모델의 디자인 및 상품 정보를 처음 공개했다. 구매부터 유지 보수까지 전 과정을 아우르는 전기차 판매 및 서비스 방안도 발표했다. 24일 개막한 베이징모터쇼에서 샤오미의 부스에 취재진이 몰려있다. [사진=시나웨이보 캡처] ys1744@newspim.com 2026-04-24 15:27
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금연구역 내 모든 담배 사용 불가 [세종=뉴스핌] 신도경 기자 = 24일부터 '연초의 잎'으로 만든 담배뿐 아니라 연초나 니코틴이 들어간 모든 제품이 담배로 규정돼 금연구역에서 모든 담배제품을 사용할 수 없다. 이날 보건복지부에 따르면, '담배사업법' 개정안 시행으로 '연초'나 '니코틴'뿐 아니라 '연초의 잎'에서 유래하지 않은 제품 역시 연초의 잎 소재 담배와 동일하게 담배에 포함된다. 기사 이해를 돕기 위해 생성형 AI로 제작한 이미지 [일러스트=제미나이] 담배의 정의가 확대됨에 따라 담배 제조업자와 수입판매업자는 담뱃갑 포장지와 담배에 관한 광고에 경고 그림이나 경고문구 내용을 표기해야 한다. 또한 담배에 대한 광고는 잡지 등 정기간행물에 품종군별로 연 10회 이내·1회당 2쪽 이내로 게재해야 한다. 행사 후원, 소매점 내부, 국제항공기·국제여객선 내에만 제한적으로 허용된다. 여성과 청소년을 대상으로 하는 광고나 행사 후원은 금지된다. 광고에는 담배 품명, 종류, 특징을 알리는 것 외의 내용이나 흡연을 권장·유도하거나 여성이나 청소년을 묘사하는 내용 등을 모두 포함할 수 없다. 만일 담배에 가향 물질이 포함되는 경우 이를 표시하는 문구·그림·사진을 제품의 포장이나 광고에 사용할 수 없다. 건강경고 또는 광고에 대한 규제를 위반할 경우는 1년 이하의 징역 또는 1000만원 이하의 벌금이 부과될 수 있다. 가향물질 표시 금지에 대한 규제를 위반할 경우는 500만원 이하의 과태료가 부과된다. 기사 이해를 돕기 위해 생성형 AI로 제작한 이미지 [일러스트=제미나이] 담배 자동판매기는 '담배사업법'에 따라 설치장소나 거리기준 등 요건을 갖춰 소매인 지정을 받은 자만 설치할 수 있다. 담배 자동판매기는 18세 미만 출입금지 장소, 소매점 내부, 19세 미만인 자가 담배 자동판매기를 이용할 수 없는 흡연실에만 설치할 수 있다. 성인인증장치도 부착해야 한다. 담배에 대한 광고물은 소매점 외부에 광고내용이 보이게 전시 또는 부착할 수 없다. 담배 자동판매기 설치 기준을 위반하면 500만원, 성인인증장치 미부착은 300만원의 과태료가 부과된다. 흡연자는 금연구역에서 모든 담배제품을 사용할 수 없다. 금연구역에서 담배제품을 사용할 경우 10만원 이하의 과태료가 부과될 수 있다. 한편, 복지부는 당초 지방자치단체의 담배 규제 사항을 점검·단속하려고 했으나 현장의 혼란을 막기 위해 오는 6월 23일까지 계도기간을 두기로 했다. 담배자판기 설치나 성인인증장치 부착 기준 준수 등을 집중적으로 안내한다. 복지부 관계자는 "재고가 소진될 때까지 다소 시간이 걸려 생산 제품에 새로 표시하는 것이 어려운 점을 고려했다"고 설명했다.  sdk1991@newspim.com 2026-04-24 09:40
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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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