CMML 연구실은 분자동역학(Molecular Dynamics), 몬테카를로(Monte Carlo), 브라우니안 다이내믹스(Brownian Dynamics) 등 다양한 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용하여 복잡한 물리 및 생물학적 현상을 심층적으로 연구합니다. 이러한 시뮬레이션은 실험적으로 접근하기 어려운 미시적 구조와 동역학을 이해하는 데 큰 역할을 하며, 분자 수준에서의 상호작용과 거시적 현상 간의 연결고리를 밝히는 데 중점을 둡니다. 특히, 연구실에서는 생체막, 고분자, 나노입자, 전해질 용액 등 다양한 시스템을 모델링하여 그 구조적, 동적, 열역학적 특성을 분석합니다. 예를 들어, 나노입자가 생체막에 미치는 영향, 고분자 사슬의 얽힘 및 확산, DNA의 나노채널 내 거동, 전해질 용액의 삼투압 등 다양한 주제를 다루고 있습니다. 이를 통해 실험적 결과와 이론적 예측 간의 차이를 해소하고, 새로운 물질 설계 및 기능성 소재 개발에 기여하고 있습니다. 이러한 컴퓨터 시뮬레이션 연구는 차세대 소재 개발, 바이오센서, 에너지 저장장치 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 또한, 다중 규모 모델링(multiscale modeling) 기법을 도입하여 원자 수준에서부터 거시적 시스템까지의 연계 분석을 수행함으로써, 복잡계의 거동을 종합적으로 이해하고 예측할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다.

CMML 연구실은 유기 태양전지(Organic Photovoltaics, OPV) 및 차세대 에너지 소재의 구조적 안정성과 성능 향상을 위한 이론적 및 시뮬레이션 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 특히, 고분자:풀러렌 블렌드, 비풀러렌 소분자, 다성분 벌크 헤테로접합(Bulk Heterojunction) 등 다양한 소재 시스템을 모델링하여, 용매 증발 속도, 조성, 계면 구조 등이 소자 성능과 장기 안정성에 미치는 영향을 규명합니다. 연구실에서는 코스그레인드(coarse-grained) 및 전자 수준의 시뮬레이션을 결합하여, 실험적으로 관찰하기 어려운 미세 구조 변화와 상전이 현상을 예측합니다. 예를 들어, 삼원계 유기 태양전지의 혼합 안정성, 나노입자 도입에 따른 계면 특성 변화, 고온 환경에서의 구조적 내구성 등을 다각도로 분석합니다. 이를 통해 고효율, 장수명, 인쇄 공정에 적합한 차세대 태양전지 소재 개발에 필요한 과학적 근거를 제공합니다. 이러한 연구는 실제 소자 제작 및 상용화에 중요한 영향을 미치며, 실험 연구자와의 협업을 통해 이론-실험 간의 시너지를 극대화하고 있습니다. 또한, 리튬이온 배터리, 전해질, 촉매 등 다양한 에너지 소재 시스템에도 적용되어, 전기화학적 특성 향상과 신소재 개발에 기여하고 있습니다.

CMML 연구실은 생체막과 신경섬유(Neurofilament) 구조의 분자 수준에서의 이해를 목표로 다양한 시뮬레이션 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들어, 해조류의 편모막을 구성하는 클로로설포리피드(Chlorosulfolipid)의 독특한 구조와 안정성, 나노입자가 생체막에 미치는 영향, 신경섬유의 인산화에 따른 구조 변화 등을 다룹니다. 특히, 신경섬유는 신경세포의 기계적 안정성과 축삭 직경 조절에 핵심적인 역할을 하며, 연구실에서는 실제 아미노산 서열 기반의 코스그레인드 모델을 개발하여, 다양한 인산화 상태, 이온 농도, 상호작용 조건에서의 신경섬유 구조 변화를 분석합니다. 이를 통해 신경계 질환, 신경퇴행성 질환 등과 관련된 바이오마커 및 치료 타겟 발굴에도 기여하고 있습니다. 또한, 생체막과 나노입자 간의 상호작용, DNA의 나노채널 내 거동, 단백질-단백질 상호작용 등 다양한 생물학적 시스템을 분자 수준에서 해석함으로써, 생명현상의 근본 원리 규명과 바이오소재 개발에 중요한 과학적 통찰을 제공하고 있습니다.