자연대 홍보기자단 자:몽 6기 | 이관형

* 소속: 물리천문학부
* 전공: 응집 물질 물리, 나노 물리와 나노 광자학
* E-mail: celesta@snu.ac.kr
* Tel: 02-880-6615 (연구실)

연구실에 계시는 장소연 교수님. (사진 = 장소연 교수님 제공)

물질을 원자단위에서 보는 것은 어떤 기분일까? 전자현미경의 등장으로 인류는 물질을 원자단위에서 관측할 수 있게 되었다. 이번 기사에서는 전자현미경을 통하여 남들과는 다른 시선으로 원자의 세상을 직접 연구하시는 물리천문학부의 장소연 교수님을 인터뷰하였다.

Q. 새로 부임하신만큼 아직 교수님에 대해 잘 모르는 학생들이 많을 것 같습니다. 학생들을 위해 교수님에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.
 

안녕하세요, 저는 2023년 8월부터 서울대학교 물리 천문학부에 부임하게 된 장소연이라고 합니다. 2014년에 연세대학교 물리학과를 졸업하고, 2020년에 코넬대학교에서 물리학 (석박통합)으로 박사학위를 받은 뒤, 코넬대 응용물리학과와 MIT기계과에서 박사 후 연구원으로 지내다 올해 서울대학교로 오게 되었습니다.

Q. 서울대학교의 신임 교수님이 되신 소감이 궁금합니다.

워낙 좋은 학교다 보니 실감이 나지 않았고, 너무 기쁘고 설렜어요. 또 여기 직접 와보니 신임 교수가 연구에 몰두할 수 있도록 많은 배려와 지원을 해 주셔서 하루하루 꿈꾸고 있는 기분입니다. 그만큼 기대에 부합하는 좋은 연구를 많이 해야 되겠다는 부담감도 조금은 있는데, 앞으로 열심히 연구할 수 있는 원동력이 될 것 같아요. 덧붙여서, ‘열정이 넘치고 똑똑한 학생들을 어떻게 잘 지도해서 각자가 가진 잠재력을 최대로 이끌어 낼 수 있을까?’라는 생각에 많은 책임감을 느끼고 있어요.

Q. 교수님의 연구 분야와 앞으로 이곳에서 펼쳐 나가실 연구에 대한 소개 부탁드립니다.

저는 박사과정 때 전자현미경을 통해 여러 가지 물질들을 원자 단위로 보며 연구해 왔는데, 그중에서도 산화물을 많이 연구했어요. 보통 산화물은 부피가 꽤 있는 돌의 형태로 존재하는데요, 박사 후 연구원 시절에는 이런 산화물을 기판 위에 인위적으로 원하는 두께만큼 성장시킨 뒤에 떼어내는 실험을 했어요. 이렇게 얻어진 freestanding한(기판에 붙어있지 않은) 얇은 박막은 같은 물질이라도 부피가 큰 돌로 존재할 때와 다른 물성을 가지게 될 확률이 높아요. 퀀텀 닷(크기가 수 나노미터(nm) 크기에 불과한 초미세 반도체 입자)이 대표적인 예가 되겠네요. 그래서 예를 들어 힘을 가하거나, 전류를 흘려 보았을 때의 물성을 확인해 보고, 또 이런 외부자극에 원자들 하나하나가 어떻게 반응하는지를 전자현미경으로 관찰해보려고 해요.

Q. ‘응집물질물리’라는 단어가 생소한 학생들을 위해 용어에 대해 설명해주실 수 있으신가요?

 

응집물질물리는 단순하게 응집되어 있는, 즉 뭉쳐있는 물질에 대한 학문이에요. 입자들이 따로 떨어져 있다가 모이게 되면 서로 어떻게 상호작용하는지, 또 그 상호작용을 통해 어떤 물성이 발생되는지를 공부한다고 볼 수 있겠네요. 응집물질물리가 물질의 전자기적 성질, 광학적 성질 등을 원자의 배열, 구조를 바탕으로 연구한다면, 이를 통해 얻은 지식을 전자공학, 반도체공학, 재료공학, 에너지공학 등 다양한 공학이 넘겨받아 소자나 회로를 구성하여 활용도를 탐색하게 됩니다. 따라서 응집물질물리가 과학의 주춧돌 역할을 한다고도 할 수 있을 것 같아요.  

Q. 응집물질물리는 어떤 분야에 활용될 수 있을까요?

우리 일상을 둘러보면 만질 수 있는 대다수의 것들이 고체예요. 즉, 응집 물질이죠. 그래서 활용도는 어마어마하게 많습니다. 제일 간단한 예시로, 우리가 제일 많이 쓰는 핸드폰, 노트북에 들어가는 반도체가 될 수 있겠네요. 위에서 이미 말했던 것처럼, 반도체 집적 소자를 만들 때 어떤 물질로 어떻게 만들어야 효율이 높고 성능이 좋을 지에 대한 방향을 제시할 수 있는 분야가 바로 응집물질물리입니다.

Q.  앞으로 응집물질물리분야에 대한 전망에 대해 이야기해주실 수 있을까요?

응집물질물리는 오랜 세월 동안 연구되어 왔지만 자연에 존재하는 물질들 중 실제 연구가 된 부분은 아마 반도 안 될 거예요. 그만큼 미래에도 연구할 주제는 무궁무진합니다. 특히, 지금까지 연구가 되어온 물질이라 하더라도, 이전의 기술로는 측정, 관찰할 수 없었던 기술적 한계가 존재했기 때문에 발전되는 과학기술로 더 심층적으로 파고드는 연구가 가능합니다.

Q.  교수님께서 현재 전공 분야를 공부하시게 된 계기는 무엇인가요?

 

저는 수식을 풀어서 도출되는 값이나 정의로 자연현상을 이해하기보다는, 직관적으로 눈으로 확인하고 이해하는 편을 선호했어요. 실험이라고 해도 대다수가 어떤 데이터를 얻고, 그를 통해 추론하는 과정을 거치잖아요. 그런데 전자현미경은 실공간 (real space)에서 존재하는 원자를 눈으로 바로 볼 수 있어서 이것보다 직관적인 건 없겠다 싶어 공부하게 되었어요.

Q. 그 분야에서 특별히 흥미를 느끼게 된 부분은 무엇인가요?

 

10^-12m, 피코미터 단위의 세계를 직접 관찰할 수 있다는 건 남들과는 다른 시력을 가지고 사는 느낌이에요. 햄스터를 키우는 것처럼, 작고 귀여운 원자들이 뭘 하고 있나 들여다볼 수 있는 게 매력인 것 같아요. 원자들이 자연적으로 켜켜이 쌓여 결정을 이루는데, 결정들도 결국은 완벽한 상태로 존재하지 못해서 꼭 결함이 생겨요. 결국 자연도 “완벽하다”라는 건 없다는 걸 잘 보여 주다 보니 이게 꼭 우리들 같아서 위로가 되기도 하고, 애착, 공감이 많이 가요.

Q. 교수님과 같은 연구 분야로 진출하기를 희망하는 학생들에게 해주고 싶은 말씀 있으신가요?

 

이건 한 가지 연구분야에만 국한되는 말은 아닌데, 연구할 때는 엄청난 인내심이 필요한 것 같아요. 실험하다 보면 기본적으로 10시간 정도는 훌쩍 가거든요.그리고 전자현미경을 통한 “이미징”을 하다 보면 내가 원하는 부분, 좋은 부분만 잘라서 보여주고 싶을 수 있어요. 전문적인 용어로는 cherry picking이라고 합니다. 객관적으로 대상을 관찰하는 것이 아니라 내가 원하는 그림에 끼워 맞추는 거죠. 연구윤리를 생각하기에 앞서, ‘과학’이 무엇인지, 내가 왜 과학을 하고자 했는지를 되새기는 일이 항상 필요하답니다.

Q. 학부생, 대학원생 시절의 교수님은 어떤 학생이셨나요?

학부 때는 조용한 편이었던 것 같아요. 물리학과 특성상 여학생 비율이 10% 정도였는데, 다른 여학생들은 휴학을 하거나 진로를 바꾸면서 결국 저 혼자 남게 되었어요. 남학생들과 우르르 몰려다니면서 학식 먹고 수업 듣고 실험실에서 늦게까지 오실로스코프 붙잡고 있던 기억이 나네요. 저한텐 학부생 시절이 인생 최고로 행복했던 시간들이었어요.대학원생 때는 지리적으로 고립된 시골 지역이다 보니 집-실험실-집만 오갔어요. 스트레스도 많이 받고, 개인적으로 정말 힘든 시간들이었는데, 살아남아야겠다는 생각에 좀 더 적극적이고 억척스럽게 변한 것 같아요. 조금이라도 일이 없으면 외로워지고 우울해져서, 잊어버리려고 미친 듯이 실험만 했어요. 개인적으로 스트레스 해소를 위해 집 베란다에서 깻잎, 상추, 피망 등 농사도 짓고, 철마다 근처 과수원 가서 살구, 복숭아, 사과 따오고 그랬었어요.

Q. 어떻게 교수의 길을 걷게 되셨나요?

 

제가 이 질문을 받을 때마다 굉장히 난감한데요, 사실 아주 대단한 계획이나 꿈은 없었어요. 저는 단순하게 생각하는 사람이라고 생각을 해요. 단, 중요한 점은 나중에 돌이켜봤을 때 ‘후회할 선택은 하지 말자’ 주의라서, 갈림길에 선다면 선택지가 많은 쪽을 택하는 편이에요. 학부 졸업 당시에는 일찍 일어나 회사에 출근할 자신이 없어서, 그리고 대학원을 진학하면 연구소나 학교 등 선택지가 조금 더 생기는 것 같아서 대학원 진학을 했어요. 요즘은 새벽 6시에 일어나서 아침 8시에서 저녁 6시까지 일하고 있어서 좀 모순적이긴 하네요. 그런데 막상 대학원 가서 연구하다 보니 이게 또 재미있는 거에요. 또 회사에 가면 남이 시키는 일을 해야 하는 경우가 많은데, 저는 제가 하기 싫은 일은 억지로 잘 못하는 편이라 내가 원하는 연구를 하기 위해 여기까지 오게 되었던 것 같아요. 그리고 어렸을 적부터 가르치는 것을 워낙 좋아했기도 해서 교수라는 직업에 대해 알아가는 과정에서 점점 더 매력적인 직업이라고 느꼈어요.

Q. 연구를 진행하다가 뜻대로 풀리지 않는 상황이 생길 경우, 어떻게 극복하시나요?

 

 연구는 오히려 뜻대로 풀리는 적이 별로 없는 것 같아요! 예측과 맞아떨어지는 결과를 얻으면 감사하지만, 예상 밖의 결과가 나오면 우선 실험 과정을 사소한 것 하나부터 열까지 다 적고 그 날 실험했던 당시를 복기해봐요. 제가 어떤 부분에서 실수를 했을지, 혹은 내가 예상하지 못한 변수가 어느 과정 사이에 들어 갔을지 추론/상상을 해봐요. 미드에서 보여주는 CSI 과학수사 방식과 거의 비슷해요. 이렇게 해서 추려진 몇가지 변수가 있다면 다시 돌아가서 한가지씩 바꿔가며 다르게 실험해 보는거죠. 이 때문에 실험하는 사람들은 로그북이 정말 중요해요. 온도, 습도, 더 사소한 걸로는 내가 썼던 비커에 무엇이 담겼었는지 까지도 영향을 줄 수 있거든요. 만약 이 모든 변수를 파악했는데도 해결이 안된다, 하면 그냥 그 연구와 관련된 생각을 하지 않고 며칠 쉬었다가, 툭툭 털고 다시 일어나서 될 때까지 해보는 거죠.
 

Q. 연구과정에서 생각나는 에피소드가 있으시면 소개해주실 수 있을까요?

Rutgers univ.에 계시는 정상욱 교수님께서 신기한 물질이 있다며 domain wall(자기구역을 나누는 경계)을 관찰하고 싶어하셔서 저한테 보내주신 적이 있어요. 전자현미경은 빛이 아닌 전자를 집속시켜서 이미징을 하는데요,  알고보니 이 물질이 전자 빔과 반응을 해서 domain wall위치가 계속 변하는 거에요. 그래서 저배율에서 ferroaxial domain wall(축이 있는 domain wall)을 찾았다 싶어서 고배율로 확대해서 보려고 하면 1,2초 안에 domain wall 위치가 변해있는 거죠. 마치 도망을 가는 것 같았달까요. 숨막히는 긴장 속에 몇 시간의 추격전을 벌였지만 결국 잡지(?) 못했답니다. 그리고 9년간 연구하면서 알게 된 건데, 실험기기들도 큰 명절이나 휴일은 아는 것 같아요. 이상하게 새해나 크리스마스 때 실험하면 중간에 기기가 고장이 나거나 에러가 떴어요. ‘자기들도 쉬고 싶다’ 라고 무언의 항의를 하는 것 처럼요. 저만 그런게 아니라 주변 동기들과 선후배의 경험 데이터를 토대로 통계적으로 도출한 결과랍니다.

Q. 연구자로써 최종적인 목표가 무엇이신가요?

연구자로서 목표는 당연히 좋은 연구를 하는 것이라고 봐요. 저는 스스로 똑똑한 사람이나 천재는 아니라고 생각해요. 그보단 머리는 나쁘지만 꾸준하게 인내심을 가지고 노력하는 사람이라고 생각을 해왔기 때문에, 거창한 연구가 꿈이라기보다는 ‘이 넓은 우주를 이해할 수 있는 작은 지식 한 톨 보탤 수 있는 과학자가 되기만 해도 만족스러운 삶일 것이다’라고 생각을 해왔어요. 실제로 작은 지식이라도 이해하고 개념을 정립하는 데 있어서 없으면 안 되는 퍼즐 한 조각 같은 존재니까요. 그런데 이렇게 좋은 곳에 임용되고, 원하는 연구를 할 수 있도록 지원해 주셔서 이전에는 ‘아, 이런 것 해봐도 재밌겠다!’라는 생각에만 그쳤던 연구에 도전을 해볼까 하는 꿈도 생기네요.

Q. 진로에 대해 고민하고 있는 많은 학생들을 위해 조언 부탁드립니다.

진로 선정에 앞서 자신을 잘 알았으면 좋겠어요. 거창한 방법 필요 없고요, 수능 공부, 시험 공부 하면서도 알 수 있어요. 나는 오래 앉아서 문제를 푸는 편인지, 좋아하는 과목만 공부하는 편인지, 벼락치기했을 때 공부가 더 잘 되는 사람인지 충분히 파악할 수 있거든요. 이런 내 성향을 많이 들여다보고 이해한 뒤, 각 직업별 업무환경, 업무특성 등과 맞춰보면 진로 선택이 훨씬 쉬워질 거라 생각해요. 또 진로를 고민할 때 ‘저 직업은 이렇기 때문에 아니야, 나는 저런 부분 때문에 맞지 않아’라고 단정 짓지 않았으면 좋겠어요. 여러분이 실제로 그 직업에 종사해 보지 않는 이상 그 일에 대해 정확히 알고 있을 확률은 굉장히 낮으니까요. 이건 대학원 와서 연구 분야를 정할 때도 마찬가지에요. 학부 때 배운 것은 기본 지식이라서 실제 과학계에서 하는 연구가 무엇인지 짐작하기엔 힘들거든요. 연구가 됐든, 직업이 됐든 각자 고유한 영역을 이루고 있기 때문에, 겉면만 보고 파악했다고 생각하시면 안 됩니다. 따라서, 진로에 대한 정보는 구글링이 아닌, 실제 그 직장을 다니는 선배를 통해, 또는 기회가 된다면 인턴으로서 체험하는 것이 최선이겠죠. 그리고 무슨 직업이든 간에 장단점이 있다는 것을 꼭 유념하셨으면 좋겠습니다. 이 세상에 편하기만 하거나 쉬운 직장이란 건 없으니까, 기왕이면 내가 잘하는 것 또는 잘 맞는 것을 선택하셨으면 좋겠어요.

Q. 서울대학교 자연과학대학 학생들에게 한 말씀 부탁드립니다.

 

‘저는 어렸을 적부터 꿈이 뭐니?’라고 장래희망을 물어보는 질문이 제일 싫었어요. 어린 내가 어른들의 세계를 경험해 본 적도, 아는 것도 없는데 ‘어떤 직업을 가지고 싶은지 어떻게 말할 수 있지?’라고 생각했어요. 이건 대학생이 되어서도 마찬가지라고 생각해요. 각 직업을 직접 경험해보지 않으면 모르니까요. 중학교 때 문제집을 풀다가 우연히 “인생은 곱셈과 같다. 찬스가 와도 내가 제로면 아무런 의미가 없다”(나카무라 미츠루)라는 일러스트를 보게 되었어요. ‘내 숫자를, 또는 가치를 키워놓으면, 내가 정말 원하는 꿈이 생겼을 때, 혹은 원하는 기회가 왔을 때 잡을 수 있지 않을까?’라는 생각으로 살아왔어요. 초중고등학생이 할 수 있는 건 주어진 공부를 열심히 하는 일 밖엔 없을 수도 있지만, 대학생의 경우 여행, 사교, 동아리, 인턴 경험 등을 많이 해서 자신의 숫자를 키워봤으면 좋겠어요. 그러다 보면 어느새 많이 발전한 스스로를 보게 될 것이고, 정말 원하는 기회가 왔을 때 잡을 수 있을 거라 생각해요. 또 인생은 장거리 달리기라서, 중간에 넘어질 수도 있고 힘들어서 쉬어갈 수도 있어요. 실패, 또는 시간낭비라고 생각했던 일이 나중에 밑거름이 되어 생각도 못한 곳에서 쓰일 수 있답니다. 살면서 겪는 모든 경험과 선택들이 나를 만들고 결국은 언젠가 쓰이게 되어있어요. 그러니 오늘의 실패를, 내일의 경험을 소중히 여기라고 말씀드리고 싶어요. 마지막으로 운동은 제발, 꼭! 필수로 했으면 좋겠어요. 내가 하고 싶은 것 또는 해야 하는 것을 할 때 건강이 뒷받침해지 않으면 아무것도 할 수가 없으니까요!

Q. 혹시 추천해주실만한 책이 있을까요?

 

물리와 관련된 책이라면 고등학생 때 굉장히 흥미롭게 읽었던 <부분과 전체>를 추천해주고 싶어요, 과학 이외의 서적으로는 <앵무새 죽이기>를 추천하고 싶어요. 내가 세상을 어떻게 바라보느냐에 따라 다르게 보일 수 있다는 걸 알려주는 책이거든요. ‘편견이나 고집에 사로잡히지 않고 아 이럴 수도 있겠구나, 저럴 수도 있겠구나’라는 유동적인 사고방식을 가져야 많이 배우고 성장할 수 있다고 생각해요.

자연과학대학 홍보기자단 자:몽 이관형 earthandu@snu.ac.kr
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