□ 연구개요 우주에서 일어나는 가장 흥미로운 현상중 하나는 초신성 폭발이다. 별이 가지고 있는 원자핵들은 핵연 소(nuclear burning)를 통해 가장 안정된 원소인 철(56Fe)로 진화하게 된다. 그 이후 더 이상 열에너지 공급이 이루어지지 못함으로 인해 중심으로 으로 원자핵들이 모여들어 충돌을 하게 되고, 그 결과 초신성 폭발로 이어진다. 이러한 현상을 물리학적으로 이해하기 위하여 세계의 많은 천체물리 그룹에서 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하고 있다. 본 과제에서는 초신성 폭발 혹은 중성자별-중성자별 충돌 시 컴퓨터 시뮬레이션에 이용되는 고온 고밀 도 핵상태방정식을 새롭게 구성한다. □ 연구 목표대비 연구결과 초기의 연구목표는 통계학적 방법으로 상태방정식 완성하여 천체물리시뮬레이션 커뮤니티에 제공하는 것에 있었다. 그러나, 공동 협력기관의 천체 시뮬레이션 결과를 확인하며 수정 보완하는 기간이 길어짐에 따라, 현재도 공동연구를 수행 중에 있다. 그에 비해, 공동연구에 많은 인력이 필요하지 않은 연구, 특히 차가운 중성자별의 상태방정식에 대한 연구는 논문으로 출판되는 결과를 얻었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 국내 초신성 폭발 시뮬레이션 그룹이 없는 상태에서 핵상태방정식을 구성하는 것은 신진연구자들에게 새로운 기회를 제공해줄 수 있다. 즉, 본과제를 함께 수행할 대학원생들에게 새로운 분야에 대한 연구를 함께 수행함으로써, 천체 시뮬레이션 전문가로서 성장할 기회를 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 기회가 축적되고 전문가의 수가 늘어나게 되면 국내에서도 천체 폭발 시뮬레이션 그룹이 만들어질 수 있는 계기가 될 수 있으리라 생각한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임연환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중성자별;상태방정식;초신성폭발;핵물질;대칭에너지; 2. Neutron Stars;Equation of States;Supernova Explosion;Nuclear Matter;Symmetry Energy;

□ 연구개요 우주탐사선 및 인공위성 전력시스템에서의 핵심부품인 전력반도체는 우주환경에서의 강건함을 보장하기 위해서 매우 높은 수준의 내방사선 신뢰성이 요구된다. 특히, 전력반도체는 우주환경에서의 발전, 에너지 저장, 전력 분산, 전력 제어 및 시스템 보호 역할을 하기 때문에 전력반도체의 우수한 내방사선 특성을 확보하고 수명을 정확히 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 내방사선 특성이 우수한 SiC MOSFET을 활용하여 우주급 내방사선 검사와 함께 전기적특성의 열화현상을 모델링하고 신뢰성을 개선하기 위한 소자 구조 및 공정에 대한 연구를 수행하고자 한다. TCAD 시뮬레이션에서 우주환경을 전산 모사하여 SiC MOSFET의 TID (Total ionizing dose), SEE (Single event effects) 및 DDD (Displacement Damage Dose)를 분석하고 전기적 특성 열화 메커니즘을 해석한다. 또한, 실제 양성자 및 중이온 가속기를 활용하여 SiC MOSFET 개별소자에 조사하고 개발된 수명예측 모델을 검증 및 보완한다. 최종적으로는 규명된 열화 메커니즘을 완화할 수 있는 SiC MOSFET의 구조 및 공정을 연구·개발하는 것이 목표이다. □ 연구 목표대비 연구결과 실제 SiC MOSFET 소자에 감마선 및 양성자 등의 방사선을 조사하여, 전기적 특성을 측정하고 특성 변화에 관한 열화 메커니즘을 규명하였다. 실제 실험 결과를 TCAD 시뮬레이션에 대입하여 감마선 조사 전산 모사를 완료하였다. 감마선 조사 후 MOS capacitor를 통해 산화막 특성을 추출한 결과, ε_ox의 감소를 통해서 감마선 조사에 의한 물질의 결합구조 변화를 확인하였다. 감마선 조사 도즈에 따라 QF가 증가하는 것으로 총 이온화 선량 효과의 발생을 검증하였다. 또한, 감마선과 양성자를 조사하였을 때, BV가 6 % 정도 감소하였다. 이는 감마선 조사 영향으로 인해 Edge Termination에 위치한 두꺼운 field 산화막 내부 고정 전하량이 증가해 공핍 영역 의 곡률이 감소하게 되어 이 영역에 전계가 집중되면서 항복특성이 열화 된다. 이를 검증하기 위해 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 SZ-JTE 구조 의 edge termination에 실험을 통해 추출한 산화막 내부 고정전하 값을 대입하였고, 전계 분포 분석으로 열화 메커니즘을 검증하였다. 아울러, 실제 우주환경과 유사하게 켜진 상태의 방사선 조사 영향을 분석하기 위해서 감마선 환경에서 SiC MOSFET에 인가된 게이트 바이어스에 따른 영향을 분석하고, 전기적 특성 측정 및 TCAD 시뮬레이션을 수행하여 열화 메커니즘을 검증했다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 전력반도체 감마선 및 양성자 조사 영향에 대한 분석과 내방사선 설계 및 검증 연구는 국내에서는 활발하게 진행되지 않은 부분이기 때문에 우주급 전력반도체 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 향후 고신뢰성 전기자동차용 전력 반도체의 개발에도 적용 가능하여 활용분야가 확대될 것이라고 예상된다. 향후 위 연구결과를 기반으로 내방사선 SiC 전력반도체의 설계 및 공정에 대해서 후속 연구를 진행하고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 석오균
• 주관연구기관 : 국립금오공과대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전력반도체;감마선;양성자;방사선;총 이온화 선량 효과; 2. Power Device;Gamma-Ray;Proton;Radiation;TID Effect (Total Ionizing Dose Effect);

□ 연구개요 최근 폐암을 비롯한 여러 암 발생과 진행에 있어 immune checkpoint가 중요하며 immune checkpoint inhibitor가 암 치료에 매우 효과적임이 밝혀지고 있음. 한편 성차가 있는 대장암에서는 immune checkpoint inhibitor의 효과에도 성차가 있을 것으로 추정됨. 이러한 배경에서 본 연구의 최종목표는 '대장암 발생과 진행에 있어서 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 상호관계를 규명하여 성차에 근거한 기전을 밝히고 이에 기반한 immune checkpoints inhibitor 효과를 극대화하는 방법 수립'하고자 함에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 염증성 대장암 유발 모델을 이용하여 androgen 및 estrogen이 대장암 발병 및 발생 위치에 미치는 영향 비교: 내인성 및 외인성 testosterone이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. 또한 대변 장내미생물 분석을 통해 testosterone 이 장내미생물총의 불균형을 초래하여 대장암 발생에 기여한다는 새로운 사실을 확인함. 2차년도: 대장암 성별 차이의 발생 기작으로 estrogen 또는 Nuclear factor erythroid 2 p45-related factor2 (Nrf2)의 immune checkpoints 발현에 미치는 영향: Male 대장암군에서 발생한 좌측대장 종양이 estrogen 처리에 의해 유의성 있게 감소했으며, 대장암군에서 증가한 PD-L1 발현 또는 감소한 ERβ 발현 역시 estrogen에 의해 감소 또는 증가했음. 이러한 PD-L1 발현 및 대장암 발생에 대한 estrogen의 항종양 효과는 야생형(WT)군 보다 Nrf2 결핍(KO)군에서 더 강하게 나타남. 특히 대장 tumor 및 non-tumor 조직에서 epithelial cell 보다는 암미세환경에 중요한 stromal cell과 mononuclear immune cell에서 PD-L1이 발현됨을 확인. 더 나아가 성별, 대장암, 에스트로겐, 나이 및 Nrf2 유전자에 의해 조절되고 동시에 이들에 영향을 주는 장내미생물을 규명함. 3차년도: 대장암 진행 및 전이에 있어 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 dual role에 대해 연구함: Estrogen은 DSS에 의한 대장염 발생 시기에 동시 복강주사해야 항종양 효과를 나타남을 확인하였고, 에스트로겐이 Nrf2 메틸화 수준을 저해함으로써 대장암 발생에 영향을 미칠 수 있음을 규명함. 이를 확실하게 밝하기 위해 MC38 대장암 세포주를 등에 주입한 male 대장암군과 비교하여 항-PD-L1 항체 및 estrogen 병용 투여시 MC38 female 수준으로 종양 성장이 저해되었고, 이는 Estrogen이 종양내 PD-L1 발현 및 종양 면역세포의 분포를 조절함으로써 대장암 저해에 관여함을 규명함. 또한 성별, 에스트로겐, 항-PD-L1 조절에 관여하는 장내미생물을 규명함. 4차년도: 인체 대장암 및 대장선종, 정상 조직에서 immune checkpoints 및 Nrf2 발현에 대해 알아보고 이의 성별 차이를 연구함: PD-L1 발현은 정상대조군보다 대장선종과 대장암군에서, 고식적 선종에 비해 톱니바퀴선종 조직에서 높게 발현하였음. 다변량 분석 결과, PD-L1 발현은 결합된 양성 점수(CPS) cutoff 가 1인 proximal CRC를 가진 남성과 반비례 관계, proximal CRC를 가진 여성은 dMMR/MSI-high 및 높은 EGFR 발현과 유의한 연관성을 보임을 확인함. 특히 COX-2, Nrf2, PD-1 mRNA 발현은 정상대조군보다 대장선종, 대장암군의 병변조직에서 유의하게 증가함을 확인. 건강대조군, 선종, 대장암 환자의 대변샘플 NGS 실험에서 락테이트와 뷰티레이트 생산 균주가 대장질환 예방에 기여할 수 있음을 규명함. 5차년도: 대장암 코호트에서 남녀별 Nrf2 및 immune checkpoints 발현이 대장암 병기 및 전이에 미치는 영향을 평가하고 immune checkpoints inhibitor 사용 유무에 따른 효과 연구: 대장암 진행에 따라 대장 병변조직 내 NRF2와 PD-L1의 발현증가를 확인하였고 이는 건강대조군 대장보다 높았음. 또한 NRF2 및 KEAP1의 메틸레이션 수준이 건강대조군보다 대장암 조직에서 낮음을 확인함. 또한 Ninjurin1 KO mouse AOM/DSS 대장암 모델에서 Ninjurin1과 남성호르몬 testosterone 이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 첫째, 과학적 연구 설계로 대장암 성별 차이의 중요성을 증명함. 대장암 연구에서 널리 사용되는 AOM/DSS 동물모델에 대한 성별 차이를 밝힘으로 향후 대장암 연구에서 성별 차이를 바탕으로 연구해야함을 매우 확실하고 과학적으로 밝힘. 둘째, 대장에서의 에스트로겐/Nrf2/면역관문 작용 기전에 대한 다양한 접근으로 성차의학의 이해를 도모. Nrf2의 역할을 에스트로겐 및 면역관문 억제제 anti-PD-L1과 관련해 재조명함으로써 대장암 치료에 있어 보다 안전하고 효율적인 맞춤요법 수립에 기여. 셋째, 대장암 예방 및 치료에 있어 프로바이오틱스의 효과적인 이용 가능성을 높임. 장내 미생물과 숙주의 상호작용을 성호르몬 및 대장암 치료제의 관점에서 접근하였고 probiotics를 통한 효과적인 대장암 예방 및 치료 전략수립의 근거를 제공. 넷째, 성차의학의 중요성에 대한 사회적 공감대의 형성에 기여. 성차의학의 발달은 성별 차이에 대한 지식을 보강하여 특정 성별에 검증되지 못한 부작용 가능성에 대한 관심을 유발함으로써 대장암은 물론 타 질환에서의 성차의학적 접근의 필요성에 대한 과학자들의 인식 형성에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김나영
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 대장염 및 대장암;AOM/DSS 마우스 모델;성별 차이;면역관문 PD-L1;코호트; 2. Colitis and colon cancer;AOM/DSS mouse model;Sex difference;Immune checkpoint PD-L1;Cohort;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◎ 최종 목표 ○ 미래 원자로 기술의 수출전략 도출 - 미래 원자로 기술의 잠재적 수출시장 분석 - 기존 원자력 수출 분야의 수출전략 및 현안 분석 - 미래 원자로 기술 수출 전략요소 분석 - 미래 원자로 기술 수출 추진 방향 및 전략 도출 ◎ 전체 내용 ○ 미래 원자로 기술의 잠재적 수출시장 분석 - 미래 원자로의 잠재적 수요를 파악하기 위하여 미래 원자로의 잠재시장을 전망한 문헌들을 조사·분석하고 해외 및 국내 미래 원자로 기술 동향 분석 ○ 기존 원자력 수출 분야의 수출전략 및 현안 분석 - 네덜란드 연구로, 요르단 연구로, SMART 등 기존 원자력 수출 분야의 수출전략을 분석하고 교훈 및 시사점 도출 ○ 미래 원자로 기술 수출 전략요소 분석 - 미래 원자로 기술 수출의 기술적, 산업적, 규제적, 재정적 및 국제적 전략요소 도출 및 분석 ○ 미래 원자로 기술 수출 추진 방향 및 전략 도출 - 미래 원자로 기술 수출에 대한 SWOT(내부 강점 및 약점, 외부 기회 및 위협) 분석 - 미래 원자로 기술 수출경쟁력 확보를 위한 10대 전략 도출 □ 연구개발성과 ○ 미래 원자로 수출을 위한 기술적, 산업적, 규제적, 국제적, 재정적 전략 요소를 도출하고, 이를 기반으로 우리나라 미래 원자로 수출 SWOT 분석 수행 ○ 다양한 노형의 미래 원자로에 적용 가능한 10대 수출경쟁력 제고전략 수립 ● 기술 개발 및 실증 ① 수요를 고려한 기술 개발 (SO) ② 초도호기의 국내 건설 추진 (WT) ③ 수요자에게 신뢰를 줄 수 있는 경제성 평가 수행 및 공표 (ST) ● 산업화 ④ 선제적으로 잠재 수요자를 끌어내는 마케팅 추진 (SO) ⑤ 산업체 주도의 사업추진체계 조성 (WO) ⑥ 미래 원자로 사업에 적합한 공급망 구축 (SO) ● 규제 ⑦ 개발과 병행하여 규제체계 정립 (ST) ● 파이낸싱 ⑧ 새로운 파이낸싱 체계 모색 (WO) ● 정부 지원 ⑨ 다변화된 원자력 외교 및 국제협력 추진 (WT) ⑩ 굳건한 국가 의지 및 계획 천명 (WT) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 도출된 10대 전략을 바탕으로 미래 원자로의 기술개발 단계로부터 실증 및 상용화 단계로의 진전, 미래 원자로 사업체계의 전환, 새로운 파이낸싱 체계 모색, 다변화된 원자력 외교 등 활동 추진 지원 ○ 미래 원자로 기술의 연구개발 기획, 수출전략 수립을 위한 정책 기초자료로 활용 ○ 미래 원자로 기술의 해외시장 진출을 위한 기초자료로 활용 ○ 정부 “원전수출전략추진단”에 제안할 내용으로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이광석
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 원자력 수출;미래 원자로;소형모듈원자로;수출전략;수출시장; 2. Nuclear Export;Future Reactor;SMR;Export Strategy;Export Market;

□ 연구개요 We conducted research on the characteristics of quarkonium states in a non-equilibrium Quark-Gluon Plasma (QGP) medium. Our study focused on examining the impact of bulk viscosity, magnetic field, and rotational field on the properties of heavy quarkonia. We also analyzed the implications of our findings on experimental observables such as the relative production yield and the nuclear modification factor. Additionally, we investigated how a constant and uniform magnetic field of general strength, generated during heavy-ion collision, affects the heavy quarkonium complex potential. To achieve this, we employed the Schwinger proper time formalism in Euclidean space for a magnetic field of any strength. □ 연구 목표대비 연구결과 In our study, we investigate the properties of quarkonium states in a non-equilibrium bulk viscous QGP medium. We examine in-medium spectral functions computed from a modified heavy quark potential to determine the impact of non-equilibrium aspects of a QGP on heavy quarkonia properties. Our analysis focuses on the effect of bulk viscosity on the properties of heavy quarkonia, particularly its implications on experimental observables such as the relative production yield and the nuclear modification factor. Our findings show that the nuclear modification factors of excited and ground states exhibit different sensitivities to the bulk viscous nature of a plasma, which could be useful in locating the critical point. Additionally, we investigate the impact of an external, constant, and uniform magnetic field generated during heavy-ion collision on the heavy quarkonium complex potential. We employ the lowest Landau level approximation for the strong field approximation and the Schwinger proper time formalism in Euclidean space for a magnetic field of any strength. Our results demonstrate that the heavy quarkonium complex potential is anisotropic in nature and depends on the angle between the quark-antiquark (QQ) dipole axis and the direction of the magnetic field. We discuss how the magnetic field strength and the angular orientation of the dipole affect the heavy quarkonium potential. Furthermore, we examine how the magnetic field influences the thermal widths of quarkonium states. Finally, we discuss the limitation of the strong-field approximation as done in literature in the light of heavy-ion observables, as the effect of the magnetic field is very nominal to the quarkonium potential. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) QGP-related research is a type of fundamental research in high-energy nuclear physics. The purpose of this research is to expand our understanding of the basic building blocks of all matter. Basic science studies play a vital role in arousing young children's interest in science and technology, even though the impact of this interest is challenging to measure. We study the in-medium properties of quarkonium states from an inspection of in-medium spectral functions computed from the modified heavy quark potential in a non-equilibrium bulk viscous QGP medium. It is important to study the quarkonium spectral functions to understand the effect of color screening, encoded in real part of potential, as well as the effects of dissipation, encoded in the imaginary part of the potential. We examine the effect of bulk viscosity on the properties of heavy quarkonia and its implications on experimental observables. We also explore how an external, constant, and uniform magnetic field generated during heavy-ion collision affects the heavy quarkonium complex potential. Our results will enhance our knowledge of the early universe and have broader implications for related scientific disciplines. (source : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : THAKUR LATA
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 쿼크 글루온 플스마 헤;헤비 쿼르코니아;양자 색역학;중이온충돌;퍼텐셜 모델; 2. Quark Gluon Plasma;Heavy Quarkonia;Quantum Chromodynamics;Heavy ion collision;Potential Model;

□ 연구개요 본 연구에서는 전도전자가 매개하는 간접교환 상호작용에 의해 복잡하고 다양하게 전자구조의 변화를 보이는 4f 전자 근간의 희토류 란탄-보라이드 강상관 자성전도체 시료에 대해 펄스 ¹¹B 핵자기공명을 측정하고 그중 특히 스핀-스핀 완화과정의 진동적 감쇠 과정을 정밀하게 분석하여, 전자스핀 간의 간접교환 상호작용의 변화를 미시적으로 규명하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 희토류 란탄-보라이드계 강상관 자성전도체중 GdB₄와 DyB₄, EuB₆ 및 YbAlB₄에 대하여 스펙트럼, 공명선 이동 및 선폭, 스핀-스핀 및 스핀-격자 완화과정 등 기본적인 핵자기공명 측정을 온도, 자기장 방향 및 주파수에 따라 측정하였고 흥미로운 결과를 축적하였다. 다음 단계로 스핀-스핀 완화과정을 시료의 결정축에 대한 자기장의 방향 및 온도에 따라 심층적으로 정밀하게 측정하였다. 상기 시료에 대해 액체헬륨을 흘려가며 4K 까지 온도, 자기장 방향 및 공명 주파수(측정 핵 자리)를 바꿔가며 광범위하게 스핀-스핀 완화과정의 진동을 측정하였고, 이것을 후리에 변환하여 정밀한 자료를 풍부하게 측정하였다. EuB₆에서 자기장 방향 및 공명 주파수에 따라 T₂ 진동의 진폭 및 주파수가 달라짐을 측정하였고, 강자성 상전이와 결부되어 T₂ 진동이 변화함도 관측하였다. GdB₄ 및 DyB₄에서는 4f의 자기모멘트에 의한 선폭 넓어지기가 대단히 심각하여 공명선을 분리해 내는 것이 매우 어려웠고, T₂ 진동의 진폭, 주기 및 감쇠를 정밀하게 측정하는 데 한계가 있었다. 이들의 T₂ 감쇠는 4f 전자스핀 때문에 EuB₆와 매우 다르게 측정되었다. YbAlB₄에서는 다른 시료들과 대비되는 또 다른 T₂ 진동을 측정하여 상당한 실험자료를 획득하였다. 이러한 차이는 4f 전자스핀 모멘트의 크기와 구조, 인접한 보론 핵 자리의 개수 등에 기인한다. 여러 시료의 측정결과를 비교하고 체계적으로 분석 중이며 이론계산을 수행하여 간접교환상호작용의 국소적 변화를 미시적으로 규명할 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) T₂ 진동은 그동안 별로 보고되지 않았는바, 그 이유는 여러 조건이 충족되어야 하기 때문이다. 따라서 본연구에서 측정된 다양한 실험자료들은 전도전자에 의해 매개되는 4f 스핀 간의 간접상호작용에 대한 심층적인 정보를 제공할 것이고, 나아가 란탄-희토류 기반의 강상관 자성전도체에서 국소전자구조를 미시적으로 이해하는 데 크게 기여할 것이다. 이것이 본연구의 중요성이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이무희
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 희토류-보라이드 강상관계;11B 핵자기공명;스핀-스핀 완화과정 T2;T2의 진동적 감쇄;간접교환 상호작용; 2. Rare-earth Borides;11B NMR;Spin-spin relaxation T2;Slow-beat of T2 decay;Indirect exchange interaction;

□ 연구개요 본 연구는 선행 연구로부터 입증된 플라즈마 쌍극자 진동 (PDO)의 전자기파 발생 기작이 랩-우주 플라즈마 분야 중 우주 플라즈마 환경의 라디오 폭발 발생 기작(SBR, FBR)과 매우 유사한 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 PDO를 유력한 SBR, FBR등의 라디오 폭발 메커니즘으로 정립하고자 하였고 동시에 PDO의 전자기파 방출 효율 극대화 연구를 진행하여 차세대 테라헤르츠 광원으로서 개발하는 것을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 새로운 편광 전자기파 발견 - 외부자기장이 걸리지 않은 경우는 평행 편광파만 발생하였으나, 외부자기장이 걸렸을 때 평행 편광 파뿐만 아니라 수직 편광파도 발생함. ● 새로운 배광곡선 패턴 발견 - 평행 편광 파의 경우 자기장이 걸리지 않은 경우와 같이 쌍극자 배광곡선 패턴을 나타내었으나, 수직 편광 파는 사중극자 배광곡선 패턴을 나타냄. ● 필드 이온화를 통한 PDO 생성을 2차원 전산모사로 수행하여 중성 기체에서도 PDO가 생성됨을 확인함. ● PDO가 약하게 자화되면 H-mode가, 강하게 자화되면 X-mode cut-off가 발생됨을 알 수 있었음. ● 강한 PDO와 약한 PDO 간의 라디에이션 트랜스포트가 발생함을 2차원 전산 모사를 통해 확인함. Double PDO 간의 커플링으로 인해 플라즈마 주파수의 기본 모드가 split 되는 것을 확인하였음. ● 1차년도에 구축한 고차 멀티플 이론과 전산 모사 결과를 비교하여 이론과 잘 일치함을 확인함. 이를 통해 우주 플라즈마 환경에서 상대론적인 세기의 PDO가 2^nd harmonics 및 3^rd harmonic이 충분히 결맞은 전자기파를 발생시킴을 알 수가 있었음. ● PDO의 방출 효율 극대화 연구를 수행하여 기존의 10^-3 에 머물러 있던 방출 효율을 2~3배 높인 0.26% 정도의 효율을 얻었다. 이는 보편적인 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원 대비 높은 효율이라고 할 수 있음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구개발성과를 잘 활용한다면 앞으로 서서히 부상하고 있는 연구 분야인 랩-우주플라즈마 분야를 선점할 수 있을 것으로 보며, 특히 레이저 펄스 충돌을 이용한 랩 스페이스 연구는 기존에 없던 새로운 랩 스페이스 연구의 방법론으로 부각될 수 있다. 또한 기존 목표의 부산물로 PDO의 라디에이션의 효율을 극대화하는 연구가 같이 수반되어 높은 전환 효율을 얻어 낼 수 있다면 이를 활용하여 차세대 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원으로도 활용이 가능할 것으로 본다. 기존의 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 광원은 플라즈마 내부에서 빠져나오는 라디에이션 에너지가 낮고 광대역 스펙트럼이 대다수였으나, PDO의 경우는 협대역이면서 동시에 고출력의 테라헤르츠 펄스 에너지를 뿜어낼 수 있다. 이러한 PDO의 특성은 펌프-프로브 실험 및 테라헤르츠 가속기 분야에 매우 적합하며 활용도가 높을 것으로 전망한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 허민섭
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라즈마진동자;결맞은 전자기파;랩우주플라즈마 물리;라디오폭발;플라즈마; 2. Plasma dipole oscillator;Coherent radiation;lab space physics;Radio Burst;Plasma;

□ 연구개요 1. 매우 높은 자기장 아래에서 QSL 상태의 변화 연구 2. 위치 희석에 의한 순수 키타에프 양자 스핀 액체 탐구 3. 3차원 스핀 그물 시스템 Cu₃TeO₆과 일차원 양자 자성 물질 NiTe₂O₅의 국소적 저온물성과 자성 측정을 위한 ¹²⁵Te NMR 연구 4. 이차원 층상물질, Transition metal dichalcogenide, 2H-TaSe₂의 저온 국소물성에 대한 ⁷⁷Se NMR 연구 5. p-형 반도체 물질, CuAlO₂에서 핵자기공명 (NMR) 및 핵사중극공명(NQR) 연구 □ 연구 목표대비 연구결과 1. 2020년 본 중견연구 1차년도에 맞이한 코로나 팬데믹의 직접적 영향으로 고자기장 연구소 (NHMFL, Tallahassee, FL) 를 방문할 수 없어 이 연구목표는 시도할 수 없었음. 연구계획서에 제시한 두 번째 세부목표로 이동하여 연구를 진행하기로 함. 2. 키타에프 양자 스핀 액체 물질의 자기 이온 Ru³⁺를 비자기 이온 Ir³⁺로 대체함으로써 위치 희석 효과가 물성에 어떤 영향을 주는지 관측하기 위해, 우리는 Ir³⁺가 10%와 20% 도핑된 두 단결정 시료를 준비하였고, ³⁵Cl NMR 측정을 함. 3. Cu₃TeO₆은 비전통적인 자기적, 위상론적 성질 때문에 주목을 받는 3차원 반강자성 스핀 그물(spin web) 물질로, 이 물질의 고유한 양자 자성을 탐구하기 위해 핵자기 공명 실험을 계획하였음. NiTe₂O₅은 새로 발견된 유사-일차원 스핀-1 체인 시스템으로, 하이젠베르크 시스템에서 흔하지 않은 독특한 AFM 스핀 구조의 물리적 원인을 이해하고 고유의 양자 상을 탐색하기 위해 핵자기공명 실험을 추진. 4. 2H-TaSe₂은 전하밀도파 (charge density wave, CDW)와 초전도 현상이 동시에 나타나는 보기 드문 물질로, 이차원에서 전하밀도파의 원인과 초전도 현상과의 관계를 규명해, 궁극적으로 고온 초전도체의 원리를 이해할 목적으로 NMR 연구를 계획하고 추진함. 5. CuAlO₂은 박막의 형태일 때 투명해지는 성질 등 응용 가능성이 높고 물리적으로도 흥미로운 성질들이 있어 오랫동안 연구되어 온 p-형 반도체 물질임. 하지만 현재까지 이 물질의 단결정에 대한 연구 및 저온 물성 연구는 매우 드물었음. 이에 우리는 단결정 시료의 NMR/ NQR 실험을 통해 저온에서 CuAlO₂의 국소적 물성을 탐구하고자 하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 우리는 α-RuCl₃에서 위치 희석이 임계 도핑에 이르면 틈없는 스핀 액체 상태인 무작위 단일항(random singlet) 상이 유도된다는 것을 직접적으로 증명했다. 이는 무질서(disorder)가 양자 스핀 액체 상에 끼치는 영향에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 것이다. 따라서 양자 스핀 액체의 궁극적 이해에 크게 기여를 한 논문이라고 할 수 있다. 2. 우리 연구 결과는 강한 스핀 틈 행동이 3차원 시스템의 복잡한 교환 작용과 강한 스핀-격자 결합을 바탕으로 발현하는 비전통적인 스핀 동역학과 관련되어 있다는 것을 암시한다. 이러한 이례적으로 강한 스핀 들뜸의 존재는 Cu₃TeO₆이 별난 3차원 양자 자석이라는 국소적 증거이며, 따라서 우리 연구 결과는 양자 자성 연구의 저변을 크게 넓힌 것이다. 또한 상자성 상태에서 이징같은 강한 스핀 상관의 존재는 저차원 자성 연구에 있어 이례적인 놀라운 발견으로, 스핀-전하의 상호작용이 비전통적인 양자 현상을 유도할 수 있다는 것을 실증했으며 양자 자성 이해를 크게 진보시킨 연구이다. 3. 전하밀도파와 초전도 현상 사이의 관계에 대한 의문은 수십년간 물리학계의 화두였으며, 우리 연구 결과는 두 현상들이 단순히 공존하거나 경쟁하는 관계가 아니라, 전하밀도파의 이맞음 (commensurability)이 초전도와 경쟁한 다는 가설의 근거를 제시하고 있다. 따라서, 이 연구는 고온 초전도 연구에 있어 중요한 획을 긋는 연구 결과라고 할 수 있다. 4. 양자역학이 정립된 이후 고립된 스핀 해밀토니안 시스템에서 폰노이만-위그너 정리를 실험적으로 직접 증명한 첫 번째 논문이라는데 큰 의미가 있다. 이 논문은 잘 정의된 조절 변수의 함수로 중첩된 양자 상태를 자유롭게 조절할 수 있다는 것을 증명한 것으로, 양자 물리학의 근본적 원리에 대한 이해를 깊게 할 뿐만 아니라 양자 계산이나 양자 정보 과정의 진보를 이끌 커다란 잠재성을 갖고 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백승호
• 주관연구기관 : 국립창원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵자기공명;양자스핀액체;키타에프; 2. Nuclear Magnetic Resonanc;Quantum spin liquid;Kitaev;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 자기음파 파동의 생성 및 전파를 이해하고, 이 파동이 방사선 대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량적으로 조사하는 것이다. 입자-파동 상호작용이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자의 양과 에너지를 결정한다는 것은 최근 종료된 NASA의 Van Allen Probe 미션으로부터 확실시되었다. 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 magnetosonic 파동 또한 입자 -파동 상호작용으로 이들에게 영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 다른 파동들과 다르게 magnetosonic 파동의 본질에 대해서 더 깊은 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 이 파동이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 particle-in-cell 코드를 이용하여, 현실적인 다차원 공간에서 이 파동을 구현하고, 이로부터 관측적 제한으로 얻기 힘든 파동의 특성을 유추하며, 구현된 파동 내에서 운동하는 고에너지 전자들의 궤적을 추적 함으로써 전자에 미치는 영향을 정량적으로 알아보고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫째, 관측적 사실들을 최대한 반영한 particle-in-cell 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과를 분석한 결과, 링 형태의 양성자 분포가 넓은 위도상에 분포함에도 불구하고, 관측에서 나타나는 것과 같이 발생한 자기음파의 세기가 자기 적도 근처에서 피크를 이루고 적도에서 벗어날수록 그 세기가 지수함수적으로 감소함을 보였다. 우리는 적도에서 벗어날수록 자기장 세기 변화에 기인해 파동이 자기 적도를 향하는 굴절(refraction)을 겪어 파동의 지속적 증폭이 방해받지만, 적도 근처에선 자기력선의 곡률 변화가 미약해 한 장소에서 상대적으로 오래 머물면서 연속적으로 증폭될 수 있음을 밝혔다. 둘째, 자기음파의 수직 방향 전파 특성을 고려한 양성자 산란을 결정짓는 확산계수 계산 방법을 제시하였다. 기존의 확산계수 계산 방법은 수식의 발산을 피하고자 수직 방향의 파워를 인위적으로 제한해 왔다. 우리는 준 수직 방향의 파동 성분만큼(또는 그보다 더 큰) 수직 방향이 파동 성분도 환전류대 양성자 산란에 기여함을 보여주었다. 셋째, 자기음파와 상호작용에 의한 양성자 산란이 기존 믿음과 다르게 낮은 에너지 영역에서는 비효율적임을 이론적으로, 관측적으로 보여주었다. 따라서, 우리는 기존에 제시된 자기음파-저온 양성자-EMIC 파동의 에너지 전달 과정의 첫 번째 연결 고리를 재고해야 함을 제시하였다. 넷째, 산소 이온 자기음파의 발생빈도와 특성을 처음으로 통계적으로 조사하였다. 우리는 이 파동의 공간적, 시간적 분포와 파동의 편극 특성을 통계적으로 보여주었고, Ion Bernstein 불안정성을 일으킬 수 있는 ring-like 분포함수가 동반되는 것을 확인하였으며, 이 파동에 의해 가열됐을 저온의 이온 분포함수의 특징도 발견하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 지구 방사선대의 고에너지 입자들은 인공위성에 작게는 single event upset과 위성 내부 대전, 크게 는 위성 통신두절 및 내부 시스템 손상 등을 유발하여 군사적, 사회적, 경제적 피해를 줄 수 있다. 따라서 방사선대 양의 정확한 예·경보는 인공위성에 줄 수 있는 피해를 미리 예방하는 데 중요하다. 자기권에서 입자-파동 상호작용이 고에너지 입자의 운동을 결정하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 연구에서 얻어진 향상된 자기음파의 물리적 이해가 정확한 방사선대 예측에 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민경국
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라스마 파동 및 불안정성;입자-파동 상호작용;수치 모델링;방사선대;자기권 자기음파; 2. Plasma waves and kinetic instability;Wave-particle interactions;Particle-in-cell simulation;Radiation belts;Magnetosonic waves;

□ 연구개요 근접장 복사열전달을 이용한 쇼트키 접합 기반 열광전변환 현상의 메커니즘을 분석하고, 나노스케일에서 실험을 통해 근접장 열광전변환 현상을 실증하고 열광전지 시스템의 성능 향상을 규명함. 또한, 근접장 열광전변환 현상 분석 및 실증 경험을 기반으로 태양광을 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 성능 분석 모델을 확립하고 실증함. □ 연구 목표대비 연구결과 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지의 층별 생산 광전류를 반영해 전력 생산량을 구하는 해석 모델을 개발했고, 다층 구조의 최적화를 통해 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지를 설계함. 또한, 쇼트키 접합 기반 광냉각기의 층별 전류 손실을 반영하여 복사 냉각 파워 및 COP를 계산하는 해석 모델을 개발하였고, 광학 필터 및 금속 재배열을 통해 근접장 광냉각기의 성능을 향상시킴. 근접장 복사열전달을 증폭하기 위해 표면 플라즈몬 공명 특성을 조절할 수 있는 금속 박막을 설계하고, 근접장 복사열전달 측정용 MEMS 디바이스를 제작, 집적된 열유속 센서를 이용하여 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달률을 측정하고 시뮬레이션 결과와 비교함. 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지 및 광냉각기에 적합한 반도체 및 금속 물질을 선정하고, 쇼트키 접합 광전지셀을 직접 제작한 뒤 성능을 체계적으로 분석함. 근접장 열광전변환 구현을 위해 히터와 거리센서가 탑재된 방사체 MEMS 디바이스를 제작하고, 나노 포지셔너를 포함한 실험장치를 구성해 쇼트키 접합 광전지셀과 평행도 및 나노 거리를 유지함. 방사체를 가열하고 광전지셀을 상온으로 유지하며 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달 크기 및 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 열광전지를 구현함. 태양에너지를 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 효율을 계산할 수 있는 모델을 확보하고, 태양 집광비와 흡수체 면적비 등 주요 변수에 따른 전력 생산량 및 시스템 효율을 파악함. 집광된 태양에너지를 구현하고, 방사체와 태양 흡수체를 포함하는 중간구조를 제작하여 가열함. 중간구조를 단열해 집광된 태양에너지로 고온 가열하고, 광전지셀과의 나노 거리를 변화시키며 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 태양 열광전지를 구현함. 계획했던 1차년, 2차년, 3차년, 4차년 연구 목표 및 변경된 5차년 연구 목표를 100% 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지와 근접장 태양 열광전지가 최초로 구현되어 고효율, 고밀도 재생에너지 발전의 원천 기술이 마련됨. MEMS 기술에 기반해 나노 거리 구현 면적 및 발전 면적의 한계를 극복하여 실용성을 향상시키는 후속 연구를 진행하여 기술을 발전시킬 계획임. 또한, 근접장 복사열전달 기반 시스템의 다양한 성능 계산 모델과 구현을 위한 실험적 기법을 개발, 검증하였으므로 이를 신개념 근접장 복사열전달 기반 에너지 디바이스 제안 및 표면파를 이용한 열광전변환 성능 향상 등의 도전적인 실험 연구에 활용할 것임. 근접장 태양 열광전지는 쇼클리-퀘이서 한계를 뛰어넘는 고효율 및 고밀도 발전이 가능하여 태양에너지로부터 더 작은 발전 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있음. 즉, 재생에너지 발전에 열악한 환경에서도 재생에너지 발전 비율을 늘릴 수 있는 전략적 중요 기술임. 또한, 태양에너지를 열 에너지의 형태로 변환한 다음 활용하므로 열 저장소와 결합하면 태양에너지 수급의 불안정성을 기존 EES보다 낮은 비용으로 극복할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이봉재
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 근접장 복사열전달;표면 플라즈몬;쇼트키 다이오드;열광전변환; 2. Near-field thermal radiation;Surface plasmon;Schottky diode;Thermophotovoltaics;