세부 페이지
세부2 연구팀
세부2 연구팀 소개
연구팀
SUB-TEAM 2
세부2 연구팀 & 핵심 장비 소개
세부2 연구팀의 연구 방향과 참여 교수진, 핵심 장비 및 연구 흐름을 소개합니다.
OVERVIEW
세부2 연구팀 소개
세부2 연구팀은 심자도 측정이 가능한 양자센싱 핵심 기술을 개발하고, 높은 민감도와 빠른 시간분해능을 동시에 확보하는 것을 목표로 합니다.
이를 위해 비침습·비접촉 외부 패치형 심자도 센서와 심장 근거리 측정이 가능한 내시경형 센서를 함께 개발하여 소형화된 심자도 측정 플랫폼을 구축합니다.
나아가 신호복원과 의료 진단 활용까지 연결해 기존 심자도 기술의 한계를 넘어서는 차세대 양자 심자도 센싱 기술과 응용 가능성을 확장하고자 합니다.
양자센싱 핵심 필요
심자도 신호를 측정할 수 있는 높은 민감도와 다양한 파형을 구분할 수 있는 시간분해능 확보를 핵심 목표로 합니다.
소형 센서 제작
비침습·비접촉 외부 패치형 센서와 심장 근거리 측정이 가능한 내시경형 센서를 함께 개발합니다.
응용 확장
신호복원, 의료 진단 활용, 생체 환경 검증까지 연결하여 차세대 심자도 센싱 플랫폼으로 확장합니다.
PROFESSOR
심정현 교수
세부2 연구책임자
한국표준과학연구원 / 양자자기센싱그룹
연락처 - jhshim@kriss.re.kr
본 컨소시엄에서는 참여 연구진과의 긴밀한 협력을 바탕으로 다이아몬드 양자자기장 센서를 고도화하고 있으며, 의료· 바이오·반도체 등 국가 주요 산업 발전에 기여할 신기술 확보에 주력합니다.
직위
세부2 과제책임자
소속
한국표준과학연구원
연구분야
고정밀 자기장 측정 기술, 자기장이미징 응용 기술
역할
세부2 과제 운영, 산업 응용 전략 수립
연구 키워드
Quantum Diamond Magnetometer, Quantum Bio-sensing, Quantum-Enhanced Nondestructive Testing, NV-Hyperpolarization, Diamond CVD Growth
응용 방향
생체자기신호 측정 기술, 반도체·2차전지 비파괴 진단 기술, 고감도 체외진단 기술
EQUIPMENT
Electron Spin Resonance
장비 설명
약 9 GHz 대역의 마이크로파와 공명하는 전자 스핀의 마이크로파 흡수 스펙트럼을 측정해서, 상자성 불순물의 종류를 확인하고 그 농도를 정량화 할 수 있습니다
활용 분야
다이아몬드 내부에 존재하는 상자성 스핀 불순물 농도의 정량 분석에 사용됩니다.
주요 구성 및 스펙
- X-Band Resonator
- Microwave Bridge
- 0.6 T 전자석
EQUIPMENT
MP-CVD
장비 설명
고출력 마이크로파로 인해 생성된 H2 플라즈마에 메탄(CH4) 가스를 혼합하고, 화학기상증착(CVD) 과정을 통해서 다이아몬드 박막을 성장시키는 장비입니다
활용 분야
양자 센싱 연구에 사용될 고품질 단결정 박막 성장에 사용됩니다.
주요 구성 및 스펙
- 5 kW 마이크로파 소스
- CVD 반응기
- PLC 장비
- 로드락챔버
EQUIPMENT
공초점 ODMR & PL 시스템
장비 설명
다이아몬드에서 발생되는 PL 및 ODMR 스펙트럼의 측정하고, 2차원 이미징이 가능한 공초점 현미경 장치
활용 분야
: NV 센터의 전하 상태 측정, ODMR contrast 정량 측정, 형광량 기반 NV 농도 정량화 연구에 사용됩니다.
주요 구성 및 스펙
- 나노스테이지/ 대물렌즈/ 마이크로파 안테나
- Monochromator
- CCD
EQUIPMENT
Wide-field NV Microscopy
장비 설명
Shallow NV 층을 갖는 다이아몬드 표면에 형성된 자기장의 패턴을 고속으로 획득함.
활용 분야
반도체 또는 나노자성 소자에서 발생된 자기장을 마이크로미터 분해능으로 이미징하고 이를 바탕으로 소자의 특성을 진단하는 장치
주요 구성 및 스펙
- 대물렌즈, 마이크로파 안테나
- EMCCD
- 3축 전자석
EQUIPMENT
고자장 NV-NMR 장치
장비 설명
다이아몬드에 150 mT 이상의 자기장을 인가한 후, Synchronized Readout 기법으로 AC 자기장을 측정하는 장치
활용 분야
다이아몬드 표면에 존재하는 화학 물질의 NMR 스펙트럼 측정 연구에 사용됩니다.
주요 구성 및 스펙
- 2축 회전 전자석
- 대물렌즈
- 532 nm DPSS 레이저/ MW 펄스 생성기
EQUIPMENT
대면적 NV 자기장 이미징 장치
장비 설명
다이아몬드 자기장센서를 이용하여, 100 mm *100 mm 이상의 대면적의 자기장 패턴을 mm 이하 분해능으로 이미징하는 장치
활용 분야
2차 전지, 금속 3D 프린팅 소재를 대상으로 양자-비파괴 검사 기술을 개발하는 연구에 사용됩니다.
주요 구성 및 스펙
- NV 자기장센서 모듈
- 비자성 2D 스테이지
- Laser Diode/ Microwave 출력 및 증폭기
PROFESSOR
김제형 교수
세부2 공동연구자
울산과학기술원 / Quantum Photonic Integrated Device (QUPID) Lab.
연락처: 052-217-2212 / jehyungkim@unist.ac.kr / qupid.unist.ac.kr
체내 삽입이 가능한 내시경 형태의 양자집적 스핀/광소자 개발을 통해 의료진단용 양자 센서를 구현하고자 합니다.
세부2에서 다이아몬드 양자 소재와 광섬유 플랫폼을 결합한 초소형 프루브타입의 양자센서를 개발하고 있습니다.
직위
세부2 공동연구자
소속
울산과학기술원 물리학과
연구분야
광심유 집적형 다이아몬드 양자센서 개발
역할
세부2 참여 / 실용 양자 센싱 플랫폼 개발
연구 키워드
Solid-state quantum emitters, Hybrid integration, Fiber-based quantum sensor
응용 방향
의료진단용, 산업현장용 양자 센서 개발
EQUIPMENT
고자기장 무진동 극저온 시스템
초전도 자석을 활용한 고자기장 인가가 가능하고, 외부 액체 냉매를 사용하지 않고 컴프레서를 활용하여 열교환 방식으로 장기 연속 구동이 가능합니다. 내부에 정밀 scan stage 와 현미경 시스템이 결합되어 있어 고분해능의 이미징과 양자광학 실험 수행이 가능합니다.
장비 역할 설명
세부2 연구팀의 고자기장 무진동 극저온 장비(Attodry2100)은 9T 의 고자기장과 1.6 K 정도의 극저온 환경을 제공하여, 다양한 고체 시료의 스핀 특성 분석과 광특성 분석을 가능케 하는 장비입니다. 해당 장비를 활용하여 고체 점결함 소재 및 소자에 대한 특성 분석 및 제어 연구에 활용할 예정입니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 핵심 구성 - 고자기장, 극저온 챔버, 정밀 나노 포지셔닝 insert with 고배율 극저온 대물렌즈, home-made 공초점 현미경 이미징 시스템
EQUIPMENT
파장 가변 레이저 시스템 및 단광자 검출 시스템
파장 가변형 연속발진 레이저 (Toptica)와 함께 파장가변형 피코초 펄스레이저 (Mira900) 는 고체 양자 구조의 상태를 광학적으로 제어할 수 있는 중요한 툴입니다. 고체 양자구조의 에너지가 일정하지 않은 특성에 대응하기 위해 여기 레이저의 파장 또한 제어를 통해 양자구조에 최적회 된 여기광을 사용할 수 있도록 합니다. 또한, 초전도 나노선 기반의 단광자 검출기는 30 Hz 이하의 낮은 dark count, 20 ps 정도의 빠른 response time, 90% 이상의 높은 단광자 측정효율을 갖습니다.
장비 역할 설명
세부2 연구팀은 다양한 고체 양자 구조 광제어 및 측정을 위한 레이저 광원과 단광자 검출기를 보유하고 있습니다. 해당 시스템은 고체 양자 구조를 여기시키고, 초기화하며, 광제어하는 역할을 합니다. 또한 고감도 단광자 검출기를 통해 광신호를 높은 감도로 측정하여 높은 수준의 양자광 및 양자센싱 실험을 가능케 합니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 핵심 구성 - 레이저 헤드, 컨틀로러, 오실레이터, 0.7 K 폐사이클 저온 냉각장치, 4 ch 초전도 단광지 칩
EQUIPMENT
상온 공초점 ODMR 분석 시스템
20 nm 정도의 위치 분해능을 가진 정밀 스테이지와 고분해능 광학시스템, 단광자 검출 및 마이크로파 인가 시스템을 결합하여 고체 점결함에 대한 고분해능의 형광 이미징과 스핀특성 분석 실험 수행이 가능합니다.
장비 역할 설명
세부2 연구팀의 상온 공초점 ODMR 측정 시스템은 정밀 스캔 스테이지와 공초점 현미경 시스템 그리고 광자 상관관계 측정 시스템이 결합되어, 다양한 고체 양자구조에 대한 정밀 형광 이미지 측정을 가능케 하고, 마이크로파 인가를 통해 스핀 상태에 따른 형광 세기의 변화를 관찰하는 장비입니다. 해당 장비를 활용하여 상온 동작이 가능한 고체 점결함 소재 및 소자에 대한 특성 분석 및 제어 연구에 활용할 예정입니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 핵심 구성 - 정밀 나노포지셔닝 stage, high NA 기반 고분해능 공초점 현미경, 단광자 검출기, 시그널 발생기 및 증폭기
PROFESSOR
명노준 교수
세부2 공동연구자
조선대학교 / Quantum Transport & Mesoscopic Physics Lab
연락처: 062-230-7376 / nmyoung@chosun.ac.kr
컨소시엄 유일의 이론 연구진으로서 세부2 연구팀은 물론 컨소시엄의 연구를 이론적으로 지원하고 있습니다.
다이아몬드 NV 센터의 양자상태 이론 계산 및 기계학습/심층학습을 통한 데이터 분석과 물리 모델링을 통해 세부2 연구팀의 양자센싱 최적화 연구에 기여하고 있습니다.
직위
세부2 공동연구자
소속
조선대학교 물리교육과
연구분야
고체 기반 큐비트 플랫폼(점결함, 양자점 등) 양자상태 이론 연구 및 물리모형 기반 기계학습/심층학습
역할
NV 센터 양자센싱 최적화, ML/DL 데이터 프로세싱, 양자 간섭계
연구 키워드
Quantum Interferometer, Quantum Sensing, Low-Dimensional Electronic Systems, Machine/Deep Learning, Ab-Initio Calculations
응용 방향
물리정보 신경망(Physics-Informed NN)을 통한 양자이미징/신호 복원 및 최적화, 양자센싱 시뮬레이터 및 분석 도구 개발
EQUIPMENT
병렬 클러스터 서버
5개 노드 총 480개의 cpu를 활용한 병렬 컴퓨팅을 통해 제1원리 전자구조 계산 및 대규모 수치연산이 효율적으로 실행될 수 있도록 합니다. 이후 컴퓨팅 노드의 증설 및 gpu 추가를 통해 기계학습/심층학습을 위한 머신의 역할도 수행할 예정입니다.
장비 역할 설명
세부2 연구팀의 병렬 클러스터 서버는 마스터 노드 1대, 컴퓨팅 노드 5대로 구성되어 있는 병렬 컴퓨팅용 클러스터 서버입니다. 이 장비를 활용하여 다이아몬드 NV 센터의 양자상태 준위의 제1원리 계산 및 대규모 양자 이미징의 기계학습/심층학습 모델개발 등을 연구할 예정입니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 운용 방식 - 서버 관리자가 사용자 계정관리를 통해 컨소시엄 내의 연구자들에게 서버 접근권한을 부여, 계정 사용자는 bash script를 통해 코딩된 프로그램을 병렬화해 컴퓨팅 노드 cpu 또는 gpu에 전송해 계산 실행, 계산 데이터는 서버 저장장치에 저장되고 필요시 ftp 등을 통해 외부로 전송
- 핵심 구성 - 마스터 노드 1대, 컴퓨팅 노드 5대
- 주요 활용 - 양자 센싱 측정을 통한 이미지 또는 데이터의 수집 및 수치연산 실행, 추후 필요시 NAS 서버를 구축해 컨소시엄 내 자유로운 데이터 연동/공유 시스템 구축 예정
EQUIPMENT
워크스테이션 서버
128 코어 cpu를 활용한 멀티 프로세싱 또는 자체 병렬 컴퓨팅을 통해 복잡한 양자상태 다이나믹스 수치연산이 효율적으로 실행될 수 있도록 합니다.
장비 역할 설명
세부2 연구팀의 워크스테이션 서버는 128 코어 cpu가 장착된 고성능 워크스테이션 컴퓨터입니다. 이 장비를 활용하여 NV 센터의 양자상태 다이나믹스 수치 연산 및 시뮬레이션을 연구할 예정입니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 운용 방식 - 서버 관리자가 사용자 계정관리를 통해 컨소시엄 내의 연구자들에게 서버 접근권한을 부여, 계정 사용자는 bash script를 통해 코딩된 프로그램을 cpu에 전송해 계산 실행, 계산 데이터는 서버 저장장치에 저장되고 필요시 ftp 등을 통해 외부로 전송
- 핵심 구성 - 128 코어 cpu
- 주요 활용 - 소규모 또는 중규모 데이터 프로세싱 연산, 병렬 컴퓨팅 또는 ML/DL 연산을 위한 테스트 코드 작성 및 성능 평가
세부2 연구 흐름
세부2 연구팀은 양자센싱 기반 심자도 측정의 핵심 성능을 높이는 데서 출발해, 외부패치형 및 내시경형 소형 센서 제작, 그리고 Machine Learning 기반 신호 복원 기술로 이어지는 흐름으로 연구를 전개합니다.
민감도 · 시간분해능 향상
양방분 NV 센터 기반 심자도 측정을 위해 고감도 펄스 센싱과 빠른 시간분해능 확보 기술을 고도화합니다.
외부패치형 센서 제작
비침습·비접촉 측정이 가능한 소형 외부 패치형 심자도 센서를 개발하여 상온 구동형 플랫폼으로 확장합니다.
내시경형 소형 센서 개발
광원·마이크로회로·센서 구조를 집적한 내시경형 소형 심자도 센서를 개발해 심장 근거리 측정을 구현합니다.
신호 복원
Machine Learning 기반 파형 예측과 신호 복원 기술을 적용해 민감도·분해능을 높이고 측정 시간 단축까지 연결합니다.