《우리는 중요과학기술부문에 힘을 집중하면서 레이자를 비롯한 새로운 과학기술분야를 발전시키며 새로 건설하는 공장들과 기술개건대상들에 최신과학기술을 적극 받아들이도록 하여야 합니다. 이와 함께 수학, 물리학, 생물학을 비롯한 기초과학에 대한 연구를 강화하여 그것이 인민경제와 과학기술발전에 적극 이바지하도록 하여야 합니다.》 (
최근에 나노구조에서의 열전기수송을 리용하여 열전기변환을 실현하는 량자열기관에 대한 연구가 활발히 진행되고있으며 특히 꿀롱결합된 2중량자점을 리용한 세단자, 네단자열기관들에 대한 연구가 심화되고있다.
저차원계에서 열전기우량도가 높아질수 있다는 히크 등의 연구결과가 발표되고 에네르기려과기가 좋은 열전기재료로 리용될수 있다는 마한 등의 연구결과가 나온 때로부터 량자열기관에 대한 연구가 심화되기 시작하였다. 량자점은 저차원계이고 리산적인 에네르기준위들을 가지고있으며 에네르기준위들과 전극과의 결합세기를 조종극전압을 리용하여 조절할수 있는 우점을 가지고있는것으로 하여 효률높은 량자열기관의 후보로 되고있다.
량자열기관의 초기 모형은 두단자열기관으로서 서로 다른 전압과 서로 다른 온도를 가진 두개의 전극이 한준위량자점에 접촉되여있는 장치이다. 최근의 실험적연구들은 이 열기관이 고전적인 열기관들보다 훨씬 높은 효률에 도달할수 있다는것을 보여주고있다. 그러나 이러한 두단자장치는 열흐름과 전류흐름이 동일한 립자에 의하여 진행되는것으로 하여 실천적응용상 높은 전기전도도와 낮은 열전도도를 필요로 하는 열전기장치의 측면에서 심각한 문제점을 가지고있다.
이러한 문제점들을 극복하기 위하여 다전극열기관들이 개발되고있다. 이러한 장치들에서는 전도체와 환경을 분리시키고 두 부분계사이의 호상작용을 조절하여준다. 꿀롱결합된 2중량자점을 리용한 세단자량자열기관이 이러한 대표적인 실례의 하나이며 특히 꿀롱끌림현상이나 열끌림현상과 같은 독특한 현상들로 하여 이 장치의 매력은 더해지고있다.
싼체즈 등은 처음으로 이러한 세단자열기관의 구조를 제기하고 그 출력과 효률특성에 대하여 연구하였다. 그에 따르면 이 열기관의 효률은 편기전압에 선형으로 비례하며 따라서 편기전압이 증가함에 따라 원리적으로 카르노효률에 도달할수 있다. 문제는 이러한 장치의 경우에 효률과 출력사이에 1:1대응관계가 성립하지 않으며 더 중요하게는 꿀롱봉쇄구역에서 협동굴이행효과가 나타나 장치의 효률과 출력을 강하게 억제한다는것이다. 이런것으로 하여 세단자열기관의 출력과 효률은 꿀롱호상작용, 편기전압, 온도차, 굴이행파라메터 등 여러가지 인자들에 의하여 결정되게 되며 이러한 장치를 위한 최적화된 조건을 찾는것은 매우 중요한 문제로 나선다.
이를 위하여서는 최량화프로그람들을 리용하여야 한다. 잘 알려진 최량화프로그람들로서는 유전알고리듬, 립자무리군최량화알고리듬 등이 있다. 오늘날 가장 많이 리용되고있는 지능형최량화알고리듬의 하나인 유전알고리듬은 자연계의 진화법칙에 기초하고있는 최량점탐색알고리듬으로서 선택, 교잡, 변위의 세가지 과정을 거쳐 최량풀이에로 다가가게 된다. 다목적유전알고리듬은 다목적최량화문제를 풀기 위한 유전알고리듬의 한가지 종류이다. 일반적으로 다목적최량화문제에서 모든 목적함수들의 최량특성을 만족시킨다는것은 불가능한 일이다. 어느 한 목적함수의 개선은 다른 목적함수의 저하를 가져오게 된다. 이 경우에 대응하는 최량풀이들은 서로 다른 목적함수들사이의 일정한 《양보》가 이루어지면서 얻어지게 되며 그 수는 여러개 지어 매우 많을수도 있다. 다목적최량화문제에서 얻어지는 이러한 최량풀이들을 파레토최량풀이라고 하며 파라메터공간에서 이 최량풀이들의 모임을 파레토면이라고 한다.
최근에 우리는 이러한 다목적유전알고리듬을 리용하여 꿀롱결합된 2중량자점을 리용한 세단자량자열기관의 최량특성을 구체적으로 연구하였다. 마스터방정식의 틀거리내에서 세단자량자열기관의 효률 및 출력특성을 연구하고 꿀롱호상작용, 굴이행파라메터, 편기전압을 파라메터로 하여 이 세단자열기관의 최량특성을 밝히였다.
우리가 보여준 최량결과들은 파레토최량풀이로서 매 풀이들은 제나름의 우점들을 가지고있으며 어느것을 선택하겠는가 하는것은 공학자들이나 설계가들의 결심에 달려있다.
연구결과는 잡지《J. Phys.: Condens. Matter》(33 (2021) 375302)에 《Parametric study for optimal performance of Coulomb-coupled quantum dots》(https://doi.org/10.1088/1361-648X/ac0f2a)의 제목으로 출판되였다.
