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이화학연구소(RIKEN) 창발물성과학연구센터 Soft Matter물성연구팀, 기초과학특별연구원 등의 연구그룹이 액정 TV 등에 이용되고 있는 ‘네마틱(Nematic) 액정’에 있어 ‘솔리톤(Soliton)’이라 불리는 입자성을 갖는 펄스형 파가 안정적으로 발생하고, 전파·정지·전파 방향 등의 운동 상태를 능동적으로 제어할 수 있음을 규명함. 연구진은 유전이방성(誘電異方性), 도전이방성(導電異方性)이 다른 네마틱 액정과 소량의 이온 종을 혼합한 시료에 전기장을 가하면 솔리톤이 발생하는 것을 확인함. 전기장의 인가 조건을 다양하게 변화시킨 결과, 솔리톤은 계속해서 생성되고 서로 반발하여 배열하거나, 한 방향으로 움직이거나, 서로 반사하여 피하면서, 실제 입자와 비슷한 역학을 보임. 본 연구 성과는 네마틱 액정이 비평형계로서 미지의 물리 역학을 지니고 있음을 시사하며, 물리학에서의 솔리톤은 스커미온 등 양자 현상에서도 중요한 개념으로 기초 연구뿐만 아니라, 미래 응용으로도 이어질 것으로 기대됨.

본 연구는 ‘Nature Communications’ (“Kinetics of motile solitons in nematic liquid crystals”)에 게재됨.