표준연, 양자현상에 기초한 전기저항표준기 개발
최근 국내 연구진의 노력이 결실을 얻었다. 극한의 정확도를 얻기 위해 노력한 결과 KRISS(한국표준과학연구원, 원장 정광화) 기반표준본부 양자응용SI연구단 김완섭 박사는 저온전류비교기를 이용한 양자홀 저항표준기 시스템을 독자적으로 개발해 국가 저항표준으로 확립하는 데 성공했다. 이를 통해 세계적 수준인 10억분의 4의 정확도로 측정이 가능해졌다.
전기저항은 전기분야 국가표준체계에서 전압과 함께 가장 중요한 위치를 점하는 단위이다. 이 시스템 개발을 통해 기존에 유지하던 저항표준을 새롭게 개발된 양자홀저항표준으로 교체함으로써 저항측정 능력을 세계적 수준으로 향상시켰다.
양자홀저항은 종류가 다른 두 반도체 접합의 경계면에 형성되는 전자들의 홀(Hall)저항이 극저온과 고 자기장에서 양자화 되는 현상이다. 이때 발생하는 불연속 지점을 찾아내고, 그 불연속 단계를 헤아려 정확한 저항 측정의 기준으로 삼게 되는 것이다.
이번에 개발된 시스템의 성능평가는 독일표준기관 PTB와의 교차 비교실험을 통해 수행했다. 100 옴(Ohm) 저항을 기준저항인 양자홀저항과 비교 측정한 경우 두 기관의 측정값은 1억분의 1 이하로 일치하는 것으로 확인되었다.
김 박사는 “나노, 바이오, 우주 항공 및 위성통신과 같은 첨단산업이 발달하면서 정밀측정에 대한 수요가 증가하고 있다”며 “최근 세계 선진 표준기관들은 보다 정밀한 측정을 실현하기 위해 노력하고 있다”고 말했다.
KRISS는 독자 개발한 양자홀저항표준기를 사용해 국제도량형국(BIPM)이 주관하는 국제비교(Key Comparison)에 참여할 계획이다. 이를 통해 국내 교정기관 및 연구기관의 측정능력 향상에 기여할 것으로 예상된다.
또한 태국, 말레이시아 등과 같은 아시아권 국가표준기관에 저항표준 확립을 위한 자문을 수행할 예정이다.
연구팀은 앞으로 이번에 개발된 양자홀 저항 정밀 측정기술을 이용해 현재 전기표준의 최대 관심사인 단전자 펌프(single electron pump)의 극미소 전류 측정 및 양자표준삼각형(Quantum Metrology Triangle) 완성과 같은 첨단 전기표준 관련 연구를 수행할 계획이다.
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
웹사이트: http://www.kriss.re.kr
연락처
한국표준과학연구원 양자응용SI연구단 김완섭 박사 042-868-5623
