韓 표준연-日 NMIJ 연구진 공동 연구
저온전류비교기 활용···측정 경쟁력 입증

국내 연구진이 메가옴(MΩ)급의 높은 영역에서 표준으로 사용할 수 있는 불변의 고(高)저항 실현에 결정적인 역할을 했다.

한국표준과학연구원(원장 박상열)은 채동훈 전자기표준센터 책임연구원팀이 1 메가옴(MΩ)의 양자 고저항 실현에 핵심적인 기여를 했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 일본 연구진과 공동으로 수행됐다. 표준연 연구진은 양자저항의 연결로 만들어진 고저항값이 시간에 따라 불변한다는 양자역학적 성질을 최초로 검증했다. 

전자기기가 제대로 작동하려면 회로의 기본 요소로 저항이 있어야 한다. 저항표준은 저항을 믿고 사용하기 위한 기준 역할을 한다. 

저항값이 실제와 다르면 전류, 전압에도 영향을 미쳐 제품 자체에 문제를 일으키기 때문에 많은 산업체들은 저항표준을 적용해 전자기기 품질을 보증하고 있다.

저항은 지난 1980년대 독일의 폰 클리칭 교수가 발견한 양자홀(Hall) 효과를 기반으로 불변의 표준값인 '양자홀저항'을 갖게 됐다.

과학기술 발전으로 메가옴급 저항의 수요가 증가했지만 양자홀저항은 10 킬로옴(kΩ) 수준이라 고저항 표준으로는 적절치 못했다. 따라서 금속으로 만든 실물을 고저항 표준으로 사용할 수밖에 없었다.

그런 가운데 일본 표준기관인 NMIJ가 불변의 양자 고저항을 실현하기 위해 100여개의 양자홀저항을 직렬로 연결해 1 MΩ의 '양자홀 고저항 어레이(array)'를 제작했다.

이론을 바탕으로 만든 이 저항이 정확한 1 MΩ인지 검증하는 과정에서 일본 연구진이 표준연에 공동연구를 제안했다.  

이에 채동훈 표준연 책임연구원팀은 저온전류비교기(Cryogenic Current Comparator)를 이용해 불확도 1억분의 1 수준의 초정밀 저항값을 측정했다. 연구팀은 저온전류비교기를 이용해 이미 확립된 양자홀저항표준과 새롭게 제작한 양자고저항을 직접 비교했다. 

이번 연구로 메가옴급에서도 불변의 양자저항을 확보하게 됨에 따라 과학계와 산업 전반에 다양한 활용을 할 수 있게 됐다. 양자 고저항이 존재해야 안정적으로 미소전류를 발생시키고 정밀 측정이 가능하기 때문이다.  

또 미세먼지의 농도, 암 치료에 사용되는 방사선량 등 고도의 전류 측정이 필요한 분야에 활용될 수 있다.  

채동훈 책임연구원은 "양자 고저항은 산업이나 국민의 삶과 직접적으로 연관된 많은 분야에 활용될 수 있다"며 "전류 단위 암페어(A)의 재정의에서 중요한 역할을 할 단전자전류원의 정밀 평가에도 사용 가능해 새로운 전류표준 확립에도 기여하는 바가 크다"고 말했다. 

이번 연구는 국제도량형국(BIPM)에서 발행하는 국제 측정과학분야 권위지인 '메트롤로지아(Metrologia)' 10월호에 게재될 예정이다.

채동훈 책임연구원이 표준으로 사용 가능한 불변의 양자 고저항을 측정하고 있다.<사진=한국표준과학연구원 제공>
채동훈 책임연구원이 표준으로 사용 가능한 불변의 양자 고저항을 측정하고 있다.<사진=한국표준과학연구원 제공>
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