본 연구실은 전산역학을 기반으로 핵융합로 대면재 및 극한 환경에서 사용되는 첨단 소재의 거동을 심층적으로 연구합니다. 특히, 텅스텐과 같은 고융점 금속의 중성자 조사 손상, 플라즈마와의 상호작용, 그리고 미세구조 변화에 대한 원자 단위 시뮬레이션을 수행하여 소재의 내구성과 신뢰성을 예측합니다. 이를 위해 분자동역학, 제일원리 계산, 몬테카를로 시뮬레이션 등 다양한 전산 기법을 활용하여, 실험적으로 접근하기 어려운 극한 조건에서의 물성 변화를 정량적으로 분석합니다. 최근에는 전자-포논 결합, 결정립 경계, 자유 표면 효과 등 미세구조적 요인이 조사 손상 및 결함 생성에 미치는 영향을 집중적으로 탐구하고 있습니다. 예를 들어, 텅스텐 합금의 다성분화가 결함 이동성을 저감시키고, 잔류 손상을 증가시켜 핵융합로 환경에서의 소재 수명을 연장할 수 있음을 밝혔습니다. 또한, 대규모 병렬 컴퓨팅을 활용한 가상 시편 생성 및 시뮬레이션 플랫폼을 개발하여, 엑사스케일 슈퍼컴퓨팅 시대에 부합하는 연구 인프라를 구축하고 있습니다. 이러한 연구는 핵융합 에너지 상용화, 차세대 원자로, 우주 발사체 등 미래 에너지 및 항공우주 분야의 핵심 소재 개발에 직접적으로 기여합니다. 실험적 검증과 연계된 전산모사 결과는 소재 설계의 효율성을 극대화하고, 신뢰성 높은 예측 모델을 제공함으로써 국가 전략 기술 확보에 중요한 역할을 하고 있습니다.

연구실은 실리콘, 니켈, 티타늄, 니켈-티타늄 합금, 실리신 등 다양한 나노구조체 및 신소재의 기계적 특성을 원자 단위에서 해석하고, 이를 바탕으로 새로운 소재 설계에 도전하고 있습니다. 제일원리 밀도범함수 이론(DFT), 수정 임베디드 아톰 방법(MEAM), Tersoff 포텐셜 등 다양한 경험적 및 이론적 포텐셜 모델을 개발·적용하여, 나노와이어, 박막, 벌크 소재의 탄성, 소성, 파괴 거동을 정밀하게 예측합니다. 특히, 나노와이어의 크기 의존적 탄성 특성, 표면 상태 변화에 따른 기계적 거동 불변성, 비정질 합금의 강화 메커니즘, 형상기억합금의 상변태 및 초탄성 현상 등 다양한 현상을 원자적 관점에서 규명하였습니다. 또한, 실리콘 및 실리신 등 2차원 소재의 기계적 거동을 실험 및 시뮬레이션 결과와 비교 분석하여, 신뢰성 높은 포텐셜 파라미터 최적화 및 모델의 전이성 향상에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 반도체 공정, 마이크로/나노 전자기기, 바이오 소재 등 첨단 산업 분야에서 요구되는 신소재의 설계와 최적화에 중요한 이론적 기반을 제공합니다. 더불어, 다양한 합금 및 복합 소재의 미세구조-물성 상관관계 해석을 통해, 미래 산업을 선도할 혁신적 소재 개발에 앞장서고 있습니다.