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UNIST는 에너지 전환, AI, 미래산업이라는
대한민국의 핵심 과제에 연구 역량을 집중합니다.

  • 에너지 전환
  • 이차전지 · 수소 · 탄소중립
  • Ai 기반 산업 혁신
  • 반도체 · 소재 · 양자
EDUCATION INNOVATION

교육혁신프로그램

EDUCATION
INNOVATION

이론을 배우는 것을 넘어 직접
연구하며 성장하다

UNIST의 학부생부터 대학원생까지 연구의
보조가 아닌 주체로 성장하는 경험을 제공합니다.

  • 학부생 연구참여
  • 국제학회·논문참여
  • 소수정예 밀착 연구지도
industry collaboration

산학협력

industry
collaboration

연구에서 산업까지, 현장과 가장
가까운 UNIST

대한민국 최대 산업도시 울산에 위치한
UNIST는 연구 성과가 기업과 산업 현장으로
가장 빠르게 연결되는 구조를 갖추고 있습니다.

  • 기술사업화·창업지원
  • 울산 산업단지
  • 대기업 · 공기업과의 공동연구
Research support

연구지원

Research
support

젊은 UNIST, 연구에 최적화된
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UNIST는 가장 늦게 출범한 과기원으로,
관행에 얽매이지 않는 유연한 연구·교육 시스템을
갖추고 있습니다.

  • 빠른 신흥 분야 대흥
  • 단일 캠퍼스 기반
  • 생활.연구 일체형 구조
  • 개방형 연구 공간

Research Impact

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찰나에 식어버리는 ‘핫 전자’ 에너지, 망간 거쳐 화학반응에 쓴다!

빛을 받은 반도체에는 여분의 에너지를 품은 ‘핫 전자(hot electron)’가 생긴다. 일반 전자로는 도달하기 어려운 화학반응을 일으킬 수 있지만 몇 조분의 1초 만에 식어버려 활용이 어려웠는데, 국제공동연구팀이 반도체 나노입자에 망간을 넣어 이 에너지를 화학반응에 쓰는 방법을 찾아냈다. UNIST 화학과 진호 교수는 미국 로스앨러모스국립연구소 빅터 클리모프 박사팀과 함께 양자점 내부의 망간이 핫 전자의 에너지를 받아 분자에 전자가 전달되도록 중개하는 스핀 교환 반응을 규명했다고 27일 밝혔다. 양자점은 수 나노미터 크기의 반도체 입자다. 빛을 흡수하면 내부 전자가 높은 에너지 상태로 올라가며 핫 전자가 되는데, 이 전자를 다른 분자에 넘기면 해당 분자가 전자를 얻어 태양광 수소 생산이나 이산화탄소 전환의 광환원 반응을 일으킬 수 있다. 하지만 핫 전자는 일반적인 양자점 안에서는 빠르게 에너지를 잃는다. 불과 수조분의 1초 만에 ‘식은 전자’가 되는 것이다. 연구팀은 핫 전자가 에너지를 잃기 전에 이를 광환원 반응에 활용하기 위해 셀렌화카드뮴(CdSe) 양자점 내부에 자성을 띠는 망간 이온을 넣었다. 망간 이온은 핫 전자가 포함된 전자·정공 쌍과 초고속 스핀 교환을 일으켜 열로 사라질 에너지를 받아내고, 이 망간 이온이 원래 스핀 상태로 돌아가는 과정에서 전자가 분자 로 이동하면서 광환원 반응이 일어나게 된다. 스핀 교환은 전자의 스핀이라는 방향성을 갖는 물리적 성질이 서로 영향을 주고받으면서 위치가 바뀌고, 그 과정에서 에너지가 전달되는 현상이다. 연구팀은 이 같은 사실을 증명하기 위해서 펨토초 과도흡수 분광법을 활용했다. 시료에 매우 짧은 간격으로 레이저를 비춘 뒤 빛의 흡수 변화를 측정해 전자와 에너지가 움직이는 과정을 추적하는 방법이다. 양자점 표면에 전자를 받으면 환원되는 메틸비올로젠 분자를 붙이고, 망간을 넣은 양자점과 넣지 않은 양자점을 비교해 본 결과, 망간을 넣은 양자점에서는 전자 전달 속도가 기존보다 10배 이상 빨라졌다. 스핀 교환이 전자가 반응 분자로 넘어가는 빠른 통로로 작용했다는 뜻이다. 또 이 스핀 교환이 핫 전자의 에너지에서 비롯된 것인지 검증하기 위해서는 크기가 큰 양자점에 고에너지 빛과 저에너지 빛을 각각 비추는 실험을 진행했다. 양자점에 고에너지 빛을 비췄을 때만 광환원 반응이 일어났는데, 이는 핫 전자가 가진 여분의 에너지가 망간을 거쳐 광환원 반응에 쓰였음을 보여주는 결과다. 이번 연구에는 진호 교수가 제1저자로 참여했다. 진호 교수는 연구팀은 “기존에는 반도체와 반응 분자 간의 에너지 준위가 맞지 않으면 전자 전달이 에너지적으로 불리해 광환원 반응을 일으키기 어려웠다”며 “이번 연구는 스핀 교환을 통해 핫 전자의 여분 에너지를 활용하면 이러한 조건에서도 반응을 일으킬 수 있다는 새로운 광촉매 메커니즘을 입증한 연구”라고 설명했다. 진 교수는 이어 “향후 태양광 기반의 수소 생산이나 이산화탄소 전환을 위한 차세대 고효율 광촉매 설계에 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 6월 26일 공개됐다.

2026.08.19

  • 광촉매
  • 광환원반응
  • 망간
  • 양자점
  • 퀀텀닷
  • 펨토초과도흡수분광법
  • 핫전자
  • 화학과

‘로직인메모리’ 반도체 효율 높이는 자동 설계 기술 개발

데이터를 별도의 연산장치로 보내지 않고도 메모리에서 직접 처리하는 로직인메모리 반도체의 성능을 높일 수 있는 설계자동화 기술이 개발됐다. 이 기술을 적용하면 전체 동작 횟수를 기존보다 평균 20% 가까이 줄일 수 있다. 데이터 이동이 성능의 발목을 잡는 인공지능(AI)과 빅데이터 처리 분야의 저전력·고성능 반도체 설계에 활용될 것으로 기대된다. UNIST 전기전자공학과 박희천 교수팀은 메리스터 ‘로직인메모리’ 반도체의 회로 배치와 연결 경로를 자동으로 최적화하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 컴퓨터는 데이터 저장 메모리와 연산 담당 프로세서가 분리돼 있다. 데이터가 메모리와 프로세서 사이를 오가는 데 시간과 전력이 소모되면서, 프로세서의 빠른 연산 성능을 데이터 전송 속도가 미처 따라가지 못하는 ‘메모리 벽(memory wall)’이 발생하게 된다. 로직인메모리(Logic-in-Memory, LiM)는 메모리가 데이터 저장과 논리 연산을 함께 맡아 이러한 데이터 이동을 줄이는 반도체다. 연구팀이 개발한 기술은 멤리스터 소자가 바둑판처럼 배열된 형태의 로직인메모리에서 연산 배치와 데이터 이동 경로 설계를 자동화하는 기술이다. 멤리스터는 저항 상태에 따라 0과 1의 데이터를 저장하는 소자다. 설계 과정에서 바둑판 내의 특정 구역들을 연산을 수행할 '계산 블록'으로 할당하고, 각 블록에서 산출된 결과값을 다음 연산 단계를 위해 어느 물리적 경로로 보낼지를 컴퓨터 알고리즘이 자동으로 탐색하여 최적화하게 된다. 이 기술은 기존 기술들과 달리 가로와 세로 방향에서 모두 여러 연산을 동시에 수행할 수 있다. 순차적으로 처리해야 할 연산이 줄어 전체 동작 횟수를 낮추고, 제한된 멤리스터 공간도 더 효율적으로 활용할 수 있게 된다. 기존 기술은 계산 블록의 세로 방향 정렬까지 고려하지 않아, 주로 가로 방향의 연산만 동시에 처리할 수 있었다. 또 연산이 끝난 불필요한 데이터를 지우고 사용 중인 중간 결과물들을 한쪽으로 정렬해 낭비되는 면적을 최소화하는 규칙도 자동 설계 알고리즘에 반영했으며, 수학적 경로 탐색 기법이 적용돼 가장 효율적인 계산 결과 이동 경로를 탐색해 낼 수 있다. 이 기술로 설계한 반도체는 최고 수준 기술보다 전체 사이클 동작 횟수가 평균 19.6% 줄었다. 같은 계산을 끝낼 때까지 반도체가 작동해야 하는 횟수가 그만큼 줄었다는 뜻이다. 또 메모리 공간을 엄격하게 제한한 조건에서도 기존 기술이 배치하지 못한 회로까지 모두 배열 안에 넣을 수 있었다. 연구팀은 “회로를 메모리에 단순히 욱여넣는 것이 아니라, 병렬 연산이 가능하도록 정렬해 배치하는 것이 인메모리 컴퓨팅 성능을 좌우한다”며 “좁은 면적 제약에서도 안정적으로 동작하는 자동 설계 기술이라는 점에서 의미가 크다”고 설명했다. 이번 연구는 UNIST 김익겸 연구원이 제1저자, 김민홍 연구원이 제2저자로 참여했고, 박희천 교수가 교신저자로 연구를 이끌었다. 연구 결과는 반도체 설계자동화 분야 권위 학술지인 ‘IEEE 집적회로 및 시스템 설계자동화 회보(IEEE TCAD, Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems)’에 2026년 6월 2일 온라인(Early Access) 공개됐다. 연구는 한국연구재단(NRF)과 정보통신기획평가원(IITP)의 지원으로 수행됐으며, 칩 설계 도구는 반도체설계교육센터(IDEC)의 지원을 받았다.

2026.08.19

  • 논리회로
  • 로직메모리반도체
  • 룩업테이블
  • 매핑
  • 메모리벽
  • 멤리스터
  • 설계자동화기술
  • 인메모리컴퓨팅
  • 전기전자공학과
  • 폰노이만컴퓨팅

지방세포, 추위에 맞서 ‘세포 속 난로’ 더 오래 쓴다!

추위에 노출되면 잉여 지방을 저장하던 백색지방 일부가 지방을 태워 열을 내는 베이지 지방으로 바뀌는 것으로 알려져 있다. 국내 연구진이 이 베이지 지방세포가 ‘세포 속 난로’인 미토콘드리아를 더 오래 보존해 열 생산 능력을 키우는 유전자 조절 원리를 밝혀냈다. 지방세포가 에너지를 더 많이 소비하도록 조절하는 방식의 비만과 제2형 당뇨병 같은 대사질환 치료 연구에 단초가 될 전망이다. UNIST 생명과학과 고명곤 교수팀은 ‘TET’ 단백질이 지방세포 내 미토콘드리아의 분해와 지방조직의 열 생산을 잇는 유전자 조절 단백질이라는 사실을 규명했다고 3일 밝혔다. 체내 지방조직에는 잉여 지방을 저장하는 백색지방과 에너지를 태워 열을 내는 갈색지방이 있다. 베이지 지방은 백색 지방 일부가 추위에 노출됐을 때 갈색지방처럼 열을 내는 성질을 띠게 된 것이다. 이 과정에서 세포 안에서 에너지를 태워 열을 내는 세포소기관인 미토콘드리아가 늘어나는 것으로 알려져 있다. 연구에서 새롭게 밝혀진 바에 따르면, 추위에 노출돼 지방세포의 ‘TET’ 단백질이 감소하면 미토콘드리아를 골라 없애는 파킨(Parkin) 단백질도 함께 줄어든다. 파킨은 미토콘드리아에 분해 표지를 붙여, 세포 안의 청소 시스템이 이를 제거 대상으로 알아보게 하는 단백질이다. 결국 파킨이 줄면 미토콘드리아가 분해되는 속도가 느려지고, 열 생산에 쓰이는 미토콘드리아가 세포 안에 더 많이 남게 된다. TET는 평소 파킨 유전자 DNA에 직접 결합해 메틸화를 해제함으로써 유전자 발현을 돕는데, 추위에 노출돼 TET가 감소하면 파킨 유전자에 메틸화가 다시 쌓여 파킨 단백질의 생성을 차단하게 되는 것이다. 메틸화는 유전자 DNA에 메틸이 붙는 현상으로, 이 메틸이 단백질 합성에 관여하는 효소 등의 접근을 막아, 유전자 발현, 즉 유전자에 암호화된 단백질의 합성을 억제한다. 실제 지방세포에서 TET 단백질 3종이 만들어지지 않게 한 생쥐를 섭씨 4도에서 일주일 동안 뒀더니, 일반 생쥐보다 파킨 단백질은 줄고, 미토콘드리아 양을 가늠하는 표지자인 미토콘드리아 DNA와 세포 호흡에 쓰이는 단백질은 늘었다. 또 세포 단위 실험에서는 TET를 억제한 상태에서 정상 파킨 단백질을 넣어주자 늘어났던 미토콘드리아 양과 산소 소비량이 원래 수준으로 돌아왔다. 이는 TET가 파킨을 조절하고, 파킨이 다시 미토콘드리아 분해와 에너지 소비를 좌우한다는 사실을 보여주는 결과다. 고명곤 교수는 “추위에 노출되면 지방세포 내 미토콘드리아가 증가하고 열 발생이 활발해진다는 사실은 알려져 있었지만, 이러한 변화를 조절하는 상위 조절 인자는 명확히 밝혀지지 않았었는데, 이를 규명했다”라며 “지방세포가 에너지를 더 많이 소비하도록 유도하는 비만과 제2형 당뇨병 등 대사질환 치료 연구에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 대사 분야 국제학술지 메타볼리즘(Metabolism)에 7월 1일 온라인 공개 됐으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

2026.08.14

  • 갈색지방
  • 미토콘드리아
  • 미토파지
  • 백색지방
  • 베이지지방
  • 브라우닝
  • 생명과학과
  • 세포발전소
  • 세포속난로
  • 파킨단백질

학습 데이터 절반으로 줄여도 사람·차량 찾는 AI 성능 유지 시키는 기술 개발

AI 학습에 꼭 필요한 데이터만 압축해 추려내는 기술을 CCTV 영상에서 동일한 사람이나 차량을 찾는 기술에 최초로 적용한 연구가 나왔다. 방대한 영상 데이터를 통째로 학습시키는 대신 알짜 데이터만 골라 학습해도 비슷한 성능을 낼 수 있어, AI 학습에 드는 저장 공간과 시간을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 인공지능대학원 심재영 교수팀은 재식별에 특화된 코어셋 선택 기술인 'CSOR(Coreset Selection for Object Re-identification)'을 개발했다. 코어셋 선택은 방대한 원본 데이터에서 AI 학습에 꼭 필요한 소규모 대표 데이터를 압축해 추려내는 기술이다. 전체 데이터를 반복 학습시키지 않아도 돼 학습 시간, GPU 사용량, 전력 소모를 동시에 줄일 수 있어 AI 학습 비용을 낮추는 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 이러한 코어셋 선택 기술을 재식별 AI 학습에 효과적으로 적용하기 위해 2단계를 개발했다. 재식별은 서로 다른 카메라 영상에서 동일한 사람이나 차량 등을 찾아내는 기술이다. 제1저자인 오민영 UNIST 연구원은 “재식별 AI는 학습 때 보지 못한 전혀 새로운 사람이나 차량을 평가에서 구별해야 한다는 점에서 기존 분류용 코어셋 기술을 그대로 적용하기 힘들다”며 “이 차이에서 출발해 재식별에 맞는 기준을 처음부터 새롭게 설계했다”고 설명했다. CSOR은 먼저 비슷한 모습이 반복돼 다양성이 낮은 사람·차량의 데이터 묶음을 걸러낸 뒤, 남은 데이터 묶음에서는 전체 모습을 가장 폭넓게 대표할 수 있는 사진을 우선 선별하는 2단계를 거친다. 기존 이미지 분류용 코어셋이 전체 데이터를 잘 대표하는 샘플을 고르는 데 초점을 맞췄다면, CSOR은 여기에 같은 사람이나 차량의 다양한 모습까지 고려해 적은 데이터로도 새로운 대상을 구별하는 데 필요한 정보를 충분히 학습할 수 있도록 설계한 것이다. 실험 결과, 전체 데이터의 약 절반만 사용하고도 전체 데이터로 학습했을 때의 95% 이상 성능을 달성했다. 심재영 교수는 “재식별 데이터는 주로 동영상으로 얻기 때문에 같은 사람이나 차량이 연속된 장면에 반복해서 등장해 중복 데이터가 빠르게 쌓인다”며 “이번에 개발한 CSOR은 이러한 중복을 줄이면서도 재식별에 필요한 다양한 정보는 남길 수 있어, 저장 용량과 연산 자원이 제한된 엣지 디바이스에서도 재식별 AI를 효율적으로 학습하고 운용하는 데 도움이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 세계 3대 AI 학회 중 하나인 국제머신러닝학회(ICML, International Conference on Machine Learning) 2026에 채택됐다. ICML 2026은 7월 서울 코엑스에서 개최됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단(NRF)의 ‘중견연구사업’ 및 정보통신기획평가원(IITP)의 ‘인공지능대학원지원사업’, ‘AI 스타펠로우십사업’, ‘산업융합형 멀티모달 생성 인공지능 인재양성’ 사업의 지원을 받아 수행됐다.

2026.08.12

  • AI학습비용
  • 교통관제
  • 실종자수색
  • 용의자
  • 인공지능대학원
  • 재식별AI
  • 코어셋

근적외선 ‘좌우 회전 빛’ 읽어내는 고성능 광검출기 개발

적외선 빛의 원편광 성분을 검출하는 고성능 광검출기가 개발됐다. 사물의 형태 뿐만 아니라 재질 차이까지 구분할 수 있는 자율주행 센서, DNA·단백질 같은 생체 분자를 관찰하는 바이오이미징 기술 개발 등에 도움이 될 것으로 기대된다. UNIST 화학과 김봉수 교수와 서울대학교 오준학 교수팀은 키랄 유기반도체 박막 물질을 수직형 트랜지스터 구조에 적용한 고성능 근적외선 원평광 검출기를 개발했다고 23일 밝혔다. 원편광 검출기는 사물의 형태와 재질을 구분하는 자율주행 센서나 생체분자 관찰, 보안 기술 등에 쓸 수 있는 광센서다. 빛이 왼쪽으로 회전하는 좌원편광인지 오른쪽으로 회전하는 우원편광인지를 검출하는 것으로, 빛의 회전 방향에 따라 발생하는 전류의 크기를 읽어내는 방식으로 작동한다. 개발된 광검출기는 850나노미터 근적외선에서 원편광 구분 능력을 나타내는 광전류 비대칭 지수 0.1을 기록했다. 비대칭 지수가 높을수록 좌우 편광을 잘 구분할 수 있다. 미세한 빛을 잡음과 구별하는 비검출도는 4.9×10¹¹ 존스, 외부양자효율은 최대 909%였으며, 빛에 반응하는 시간도 600마이크로초 이내였다. 이는 기존 근적외선 원편광 검출기 가운데 최고 수준의 성능이다. 이 같은 고성능의 원인 중 하나는 검출기 안에 들어 있는 키랄 분자 박막을 열처리했기 때문이다. 키랄 분자는 구조의 좌우 대칭이 깨진 특수 분자로, 좌원편광과 우원편광의 흡수율이 달라 별도의 편광 광학부품 없이 빛의 회전 방향을 직접 구분할 수 있다. 하지만 일반적으로 키랄 분자를 박막 형태로 만들면 비대칭적인 구조 탓에 분자들이 차곡차곡 정렬되지 않아 검출 성능이 저하되는데, 연구팀은 분자 끝에 불소가 달린 키랄 분자 박막을 열처리해 원편광을 구분하는 성능을 높였다. 열처리는 박막 속 분자들을 더 크고 규칙적인 결정 구조로 재배열하는 것으로 나타났다. 실제 불소 치환 박막의 원편광 흡수 선택성은 열처리 전 약 0.03에서 250℃ 열처리 후 약 0.1로 3배 이상 높아졌다. 박막 속 분자 배열을 분석해 보니, 열처리한 박막에서는 분자들이 단결정처럼 규칙적으로 정돈돼 있었다. 실제 단결정의 배열과 비교했을 때도 주요 특징이 일치했다. 열처리 후에는 박막이 더 잘 흡수하고 검출하는 원편광의 방향도 반대로 바뀌었다. 열을 받은 분자들이 다른 적층 구조로 다시 쌓이면서 박막 전체의 나선 배열 방향이 뒤집혔기 때문이다. 반면 분자 끝에 염소가 달린 박막은 약 150℃ 이후에는 구조 변화가 거의 나타나지 않았으며, 열처리 후 원편광 흡수 선택성도 오히려 낮아졌다. 연구팀은 좌원편광과 우원편광의 흡수 차이로 생긴 전류 차이를 증폭할 수 있도록, 이 박막을 수직형 트랜지스터에 적용했다. 수직형 트랜지스터는 수평형보다 전하 이동 거리가 짧고 분자가 쌓인 방향과 전류가 흐르는 방향이 맞아 빛으로 생긴 전하를 빠르게 모으고 증폭할 수 있다. 공동연구팀은 “분자 말단의 원자 종류와 열처리 온도가 박막의 분자 배열과 원편광 선택성을 어떻게 바꾸는지를 규명해, 고성능 키랄 광전자소자를 만들기 위한 박막 후처리 기준을 제시했다”며 “자율주행용 근적외선 센서와 바이오이미징 등 편광 정보를 정밀하게 읽는 기술에 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적인 학술지인 어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)에 6월 28일 온라인 공개됐다.

2026.08.10

  • 광검출기
  • 광센서
  • 근적외선
  • 바이오센서
  • 수직트랜지스터
  • 자율주행
  • 카이랄분자
  • 키랄분자
  • 화학과

“지웠는데 되살아나는 AI의 기억 막는다”.. 머신 언러닝 기술 개발

인공지능(AI)이 학습한 민감 개인정보나 저작권 위반 데이터를 지울 때 정상 정보는 보존하면서 삭제한 정보가 다시 살아나는 것은 막는 ‘기억 지우개’ 기술이 새롭게 개발됐다. UNIST 인공지능대학원 윤성환 교수팀과 산업공학과 박새롬 교수팀은 지워야 할 정보와 닮은 정상 정보는 보호하고, 삭제 대상 사진 몇 장만으로 인식 능력을 되살리는 공격까지 막는 ‘머신 언러닝 기술’인 ‘스포터(Spotter)’를 개발했다고 21일 밝혔다. 머신 언러닝(Machine Unlearning)은 학습을 마친 AI에서 특정 데이터나 범주가 미친 영향만 선택적으로 없애는 기술이다. 얼굴 인식 AI에서 삭제를 요청한 사람의 얼굴 정보를 지우거나, 학습 데이터에 포함된 개인정보와 유해 콘텐츠를 제거하는 데 쓸 수 있다. 스포터는 삭제 대상과 비슷한 정상 정보를 구별하는 AI의 능력은 그대로 유지하면서, 삭제 대상 사진들에서 공통점을 찾아내는 능력은 없애는 기술이다. 덕분에 지우지 않아야 할 정보의 인식 성능을 보호하고, 공격자가 삭제 대상 사진 몇 장을 확보하더라도 지워진 인식 기준을 다시 만들기 어렵다. 연구팀은 기존 언러닝 기술의 약점인 ‘과잉 삭제’와 ‘삭제한 정보가 다시 살아날 수 있는 재학습 취약성’을 자체 실험으로 진단해 이 같은 기술을 개발했다. 기존 언러닝 기술로 AI가 특정 범주를 더 이상 인식하지 못하도록 한 결과, 전체 평균 정확도는 높게 유지됐지만 삭제 대상과 닮은 정상 정보의 인식 성능은 떨어지는 것으로 나타났다. 또 삭제 대상의 특징이 AI 안에 남아 있어, 관련 사진 몇 장만 다시 보여줘도 지웠던 인식 능력이 되살아날 수 있었다. 예를 들어 ‘고양이’를 삭제했다면, 이와 유사한 호랑이나 표범의 인식 정확도가 떨어질 수 있고, 고양이를 인식하는 데 필요했던 개별 정보가 식별 가능한 군집 형태로 남아 있어 고양이 사진 몇 장만 다시 넣어주면 고양이를 판별하는 능력을 되살릴 수 있는 것이다. 제1저자인 하승범 연구원은 “기존에는 AI가 삭제 대상을 더 이상 알아보지 못하는지와, 삭제하지 않은 나머지 정보의 전체 평균 인식 성능이 유지되는지만 주로 평가했기 때문에 삭제 대상과 닮은 일부 정보를 인식하는 성능 저하나, 지운 정보가 다시 살아나는 것과 같은 사각지대가 잘 드러나지 않았었다”라고 설명했다. CIFAR-10 데이터셋으로 실험한 결과, 스포터는 삭제 대상의 인식 정확도를 0%로 낮췄으며, 재학습 공격 뒤에도 인식 정확도를 0.24%로 억제할 수 있었다. 반면 기존 언러닝 기술은 사진 5장을 이용한 재학습 공격 뒤 삭제 대상에 대한 인식 정확도가 71.10%에서 최대 99.98%까지 되살아났다. 또 스포터는 삭제하지 않은 나머지 범주에 대해 인식 정확도 99.96%를 유지했다. 소형 이미지 데이터셋인 CIFAR-10뿐만 아니라, 더 큰 이미지 데이터셋인 타이니이미지넷과 실제 얼굴 인식 데이터셋인 CASIA-WebFace에서도 유사한 성능을 확인했다. 공동 연구팀은 “언러닝 기술의 사각지대를 보완하기 위해 개발된 스포터는 기존 언러닝 기법에 쉽게 결합할 수 있는 플러그인(plug-and-play) 형태로 설계돼 얼굴 인식과 유해 콘텐츠 삭제 등 개인정보 보호가 중요한 AI 서비스에 두루 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 인공지능 분야 세계 최고 권위의 국제학술대회인 국제머신러닝학회(International Conference on Machine Learning, ICML)에 채택됐다. 2026 ICML은 지난 7월 6일부터 11일까지 서울에서 열렸다. 연구 수행은 과기정통부・한국연구재단(NRF)의 지원을 받는 ‘중견연구사업’과 과기정통부・정보통신기획평가원의 지원을 받는 ‘초거대산업AI연구지원(R&D)사업’, ‘인공지능대학원지원사업’, ‘AI 스타펠로우십사업’, ‘지역지능화혁신인재양성사업’, ‘대학ICT연구센터사업’의 지원을 받아 수행되었다.

2026.08.06

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Study Reveals Why Perovskite Performance Changes Across Solar Cell Designs

Abstract A perovskite precursor solution that delivers power conversion efficiencies (PCEs) exceeding 26% in conventional nip solar cells exhibits severe performance losses when directly applied to inverted pin architectures, revealing that high-efficiency compositions are not inherently transferable. Here, we identify a buried-interface crystallization mismatch, arising from the distinct physicochemical natures of inorganic SnO2 electron-transporting layers and organic self-assembled hole-transporting monolayers (SA-HTLs), as the origin of this divergence. The methylammonium chloride (MACl)-associated intermediate phase, MA2Pb3I8·2DMSO, persists and decomposes with strong underlayer dependence, stabilizing beneficially on SnO2 but impeding crystallization on SA-HTLs. To overcome this limitation, we develop a chloride-origin engineering strategy that decouples chloride functionality from volatile organic ammonium species by incorporating low-solubility lead chloride (PbCl2) with strong Pb–Cl coordination. This enables controlled interfacial desolvation and nucleation on SA-HTLs, suppresses buried defects, and establishes buried-interface crystallization control as a design principle for architecture-convergent, high-efficiency perovskite solar cells. Building a high-performance solar cell takes more than getting the materials right. The same ingredients can produce very different results when the layers are arranged differently—and researchers at UNIST have discovered why. Led by Distinguished Professor Sang Il Seok of the School of Energy and Chemical Engineering at UNIST, the team found that the surface beneath the light-absorbing perovskite layer can determine how well its crystals form. By tailoring the material chemistry to that surface, the researchers developed an inverted perovskite solar cell with a power conversion efficiency of 26.3% and improved stability. PSCs can be built in conventional nip or inverted pin configurations. Both have reached high efficiencies, but formulations optimized for one do not necessarily perform as well in the other. Inverted cells are particularly important for perovskite–silicon tandem solar cells, where they are commonly used as the top cell. The researchers found that this performance gap originates at the buried interface, where the perovskite layer forms on the material beneath it. A formulation that achieved efficiencies above 26% in conventional cells lost much of its performance when transferred directly to an inverted design. The difference came down in part to methylammonium chloride (MACl), an additive used to improve perovskite crystal growth. In conventional cells, an intermediate formed by MACl supports crystallization on the underlying inorganic layer. But on the organic layer used in inverted cells, the intermediate persists longer, disrupting crystal growth and leaving behind voids and defects that can lead to electrical losses. Rather than removing chloride, the team changed how it was introduced. The researchers reduced the amount of MACl and added a small amount of lead chloride (PbCl2), whose stronger interaction with chloride helped control where and when crystals began to form. This produced a cleaner buried interface with fewer defects. With the revised formulation, the inverted cells reached a peak efficiency of 26.3% and a fill factor of up to 86.8%, while also showing improved stability. The results demonstrate that controlling how perovskite crystals form at the underlying surface can help high-performance materials work across different solar-cell designs. “High-efficiency formulations developed for conventional PSCs do not necessarily behave the same way in inverted devices,” said Professor Seok. “By identifying the origin of this performance loss, we established a way to control crystal formation at the buried interface. The findings provide a design direction for developing efficient inverted cells for high-performance perovskite–silicon tandem solar cells.” Their findings have been published online in Joule on July 28, 2026. The study was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF). Journal Reference Jongbeom Kim, Nahye Shin, Chaehoon Jeon, et al ., “Buried-interface crystallization limits the transferability of high-efficiency perovskite precursor compositions,” Joule ,(2026).

2026.08.19

  • Chloride Origin Engineering
  • ECE
  • ECHE
  • Fill Factor
  • Joule
  • MACl
  • Perovskite Solar Cells
  • PSCs
  • SAM
  • Sang Il Seok
  • School of Energy and Chemical Engineering
  • Self-Assembled Monolayer

New Study Reveals How Nearby Fat Cells Help Breast Cancer Resist Treatment

Abstract Adipocytes are essential stromal components of the tumor microenvironment (TME) in breast cancer that play pivotal roles in cancer progression and chemoresistance. In close proximity to tumor cells, they undergo phenotypic reprogramming into cancer-associated adipocytes (CAAs), characterized by multilocular lipid droplets, increased mitochondrial content, and elevated expression of uncoupling protein 1 (UCP1). Although these features superficially resemble those of beige adipocytes, they do not recapitulate classical thermogenic programming, reflecting a unique metabolic adaptation driven by the TME. Here, we identified tumor necrosis factor receptor-associated protein 1 (TRAP1), a mitochondrial paralog of HSP90, as a central regulator of the transition of adipocytes into CAAs. TRAP1 was highly upregulated in CAAs and was required to drive a tumor-associated adipocyte secretory program, including the adipokine complement factor D (CFD). Genetic and pharmacological TRAP1 inhibition destabilized the mitochondrial electron transport chain, reduced cellular respiration, and activated the energy sensor AMPK. This subsequently suppressed mTOR and PPARγ signaling, effectively abrogating adipocyte reprogramming and diminishing pro-tumorigenic adipokine secretion. Crucially, this CAA-secreted CFD promoted cancer cell survival and chemoresistance via C3aR-AKT/ERK signaling, and blocking this TRAP1-mediated crosstalk profoundly sensitized breast tumors to chemotherapy in vivo. Collectively, these findings identify TRAP1 as a master regulator of adipocyte transdifferentiation within the TME, offering a novel strategy to restrict tumor growth and overcome drug resistance in breast cancer. Breast tumors can reshape the fat cells around them, creating an environment that helps cancer cells survive and resist chemotherapy. Researchers at UNIST and the National Cancer Center (NCC) have identified a mitochondrial protein that helps drive this transformation—and shown in mice that blocking it can make tumors more responsive to treatment. Led by Professor Byoung Heon Kang of the Department of Biological Sciences at UNIST and Professor Sun-Young Kong of NCC, the team found that TRAP1 plays a key role in converting normal fat cells into cancer-associated adipocytes (CAAs). These altered cell release factors that support tumor growth and protect cancer cells from chemotherapy. The researchers found that TRAP1 sustains mitochondrial energy production in fat cells, keeping the mTOR–PPARγ pathway active and allowing them to acquire cancer-supporting properties. Blocking TRAP1 disrupts mitochondrial function and activates AMPK, an energy sensor that suppresses this transformation. In tissue samples from 31 patients with breast cancer, TRAP1 expression in fat surrounding tumors was 3.03 times higher than in normal adipose tissue. The team also identified complement factor D (CFD) as an important link between the altered fat cells and cancer cells. CAAs secrete CFD, which activates survival signals in breast cancer cells and makes them less susceptible to chemotherapy. Blocking this TRAP1-driven communication reduced that protective effect. In mice, genetically removing TRAP1 suppressed the transformation of adipocytes and reduced tumor weight by as much as 56% compared with controls. Drug-based inhibition produced similar results: combining the TRAP1 inhibitor gamitrinib with cisplatin reduced tumor weight by 76% compared with untreated mice. Another inhibitor, SB-U015, also enhanced the effects of cisplatin and paclitaxel without evident toxicity in the experimental models. “Our study shows how adipocytes surrounding breast tumors can contribute to chemotherapy resistance,” said Professor Kong. “Further studies are needed to evaluate the clinical potential of TRAP1 inhibitors, not only for patients who respond poorly to existing treatments but also for cancers that develop in close contact with adipose tissue, including ovarian, pancreatic, and prostate cancers.” Professor Kang added, “These findings suggest that the cells surrounding a tumor can be important therapeutic targets alongside the cancer cells themselves. By disrupting the metabolic changes in nearby adipocytes, we may be able to improve the effectiveness of existing anticancer drugs.” Professor Kang has transferred the technology arising from the research to SmartinBio, a UNIST faculty startup, where further development of anticancer drug candidates is underway. The study was co-first authored by Dr. Nam Gu Yoon and Dr. So-Yeon Kim of UNIST and published online in Signal Transduction and Targeted Therapy (STTT) on July 28, 2026. The research was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF), the National Cancer Center, and the Korea Drug Development Fund (KDDF). Journal Reference Nam Gu Yoon, So-Yeon Kim, So-Youn Jung, et al ., “The pro-tumorigenic functions of cancer-associated adipocytes are dependent on the mitochondrial chaperone tumor necrosis factor receptor-associated protein 1,” STTT., (2026).

2026.08.18

  • Adipokine
  • Bio
  • Byoung Heon Kang
  • Department of Biological Sciences
  • National Cancer Center
  • PPARγ
  • Signal Transduction and Targeted Therapy
  • SmartinBio
  • STTT
  • Technology Transfer
  • TRAP1

New Framework Reduces Data Needed to Train Re-Identification AI

Abstract Coreset Selection (CS) aims to extract a small yet representative subset from a large dataset, reducing the complexity of model training. Although CS has been primarily investigated for classification tasks, it is still underexplored for object Re-identification (ReID). In this paper, we first formulate Coreset Selection for Object Re-identification (CSOR) as a joint optimization problem to find both the optimal coreset and the optimal class subset. We identify intra-class diversity as a key factor for effective coreset construction for ReID. Based on this insight, we propose a novel two-stage framework, consisting of Diversity-driven Class Pruning (DCP) and Coverage-Prioritized Sampling (CPS), to address the unique challenges of ReID datasets. First, classes with low feature diversity are pruned to allocate the storage budget to the remaining informative classes. Then, samples are greedily selected in an easy-to-hard class order to maximize feature coverage within each class. Extensive experiments on three person ReID datasets and one vehicle ReID dataset demonstrate that our method consistently outperforms existing CS approaches, establishing a new state-of-the-art in CSOR. Video datasets used to train re-identification systems often contain near-duplicate images. The same person or vehicle may appear across many consecutive frames with little change, increasing storage and computing demands without adding equally useful information. Led by Professor Jae-Young Sim in the UNIST Graduate School of Artificial Intelligence, the research team has developed a method that filters out much of this redundancy, while preserving the visual diversity needed for training. The method, called Coreset Selection for Object Re-identification (CSOR), selects a compact set of representative images from a much larger dataset. Object re-identification (ReID) enables AI systems to match the same person or vehicle across different camera views. Unlike image classification, ReID models must distinguish identities they have never encountered during training. This makes conventional coreset methods—which were developed largely for classification—difficult to apply directly. “Re-identification models must distinguish entirely new people or vehicles that were not included in the training data,” said first author Minyoung Oh, a researcher at UNIST. “We began with this distinction and redesigned the selection criteria around the specific demands of ReID.” The researchers formulated CSOR as a joint optimization problem that determines both which identity classes and which images to retain. Their analysis identified diversity within each class—the range of appearances captured for the same person or vehicle—as a key factor in building an effective training subset. CSOR follows a two-stage process. Diversity-driven Class Pruning (DCP) first removes identity classes with little feature variation, preserving more of the storage budget for classes with richer information. Coverage-Prioritized Sampling (CPS) then selects images from the remaining classes, giving priority to those that capture the broader range of features. The team evaluated CSOR on three person and one vehicle ReID datasets. The method consistently outperformed the CS approaches used for comparison. Models trained on approximately half of the original data retained more than 95% of the performance achieved using the full dataset. “ReID datasets are commonly built from video, so duplicate images accumulate quickly as the same person or vehicle appears across consecutive frames,” said Professor Sim. “CSOR removes much of this repetition while retaining the diversity needed for ReID. It could make training and deployment more practical on edge devices with limited storage and computing resources.” Their findings were accepted for presentation at the 2026 International Conference on Machine Learning (ICML), held at COEX in Seoul in July 2026. The study was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) and the Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), with funding from the Ministry of Science and ICT (MSIT). Support was provided through the Mid-Career Researcher Program, the AI Graduate School Program, the AI Star Fellowship Program, and an initiative for training in industrially integrated multimodal generative AI. Journal Reference Minyoung Oh and Jae-Young Sim, "CSOR: Coreset Selection for Object Re-identification via Class Pruning," ICML '26 , (2026).

2026.08.14

  • AIGS
  • Class Pruning
  • Coreset Selection
  • CSOR
  • Graduate School of Artificial Intelligence
  • ICML
  • Jae-Young Sim
  • Missing Person Search
  • ReID
  • Suspect Identification
  • Traffic Monitoring

Cold-Sensitive Epigenetic Pathway Regulates Heat Production in Fat

Abstract Adipose tissue thermogenesis is a major determinant of energy homeostasis, and its dysregulation contributes to obesity and metabolic disease. Parkin-mediated mitophagy is required for thermogenic adaptation, but the upstream mechanisms linking thermal cues to this pathway remain poorly defined. Here, we identify the ten-eleven translocation (TET) family of DNA dioxygenases as thermosensitive epigenetic regulators of Prkn transcription in adipocytes. Cold exposure coordinately suppressed TET expression and reduced global 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) levels in white and brown adipose tissue through β-adrenergic signaling. Adipose-specific TET triple-knockout mice exhibited enhanced white fat begging, brown fat activation, increased energy expenditure, and improved cold tolerance. Transcriptomic network analysis identified Parkin as a key mitophagy node in TET-deficient adipose tissue. Consistent with this, loss of adipose TET reduced Parkin expression, impaired mitophagic flux, and promoted accumulation of metabolically active mitochondria with increased respiratory capacity. Mechanistically, TET proteins occupied the Prkn promoter and maintained a transcriptionally permissive state through catalytic conversion of 5-methylcytosine to 5hmC, whereas TET loss increased promoter methylation and suppressed Prkn expression. Re-expression of wild-type, but not catalytically inactive, Parkin largely normalized mitochondrial content and respiratory activity in TET-deficient adipocytes. Together, these findings define a thermosensitive TET-Parkin epigenetic axis that links environmental cold signals to mitochondrial quality control during adaptive thermogenesis. Cold exposure prompts fat cells to burn more energy and generate heat. Researchers at UNIST have identified a molecular pathway that helps these cells retain more mitochondria, sustaining their heat-producing capacity. Led by Professor Myunggon Ko of the Department of Biological Sciences at UNIST, the team found that TET proteins, a family of enzymes that regulate DNA modifications, control the expression of Parkin, a key protein involved in mitochondrial removal. When cold reduces TET levels in fat cells, Parkin levels also fall, allowing more metabolically active mitochondria to remain. Published in the July 2026 issue of Metabolism , their findings reveal a previously unknown link between environmental temperature and mitochondrial quality control in adipose tissue. White fat primarily stores excess energy, while brown fat burns energy to produce heat. Under cold conditions, some white fat cells can acquire heat-producing properties, becoming beige fat. This transition is accompanied by an increase in mitochondria, which supply the energy needed for heat production. The researchers found that cold suppresses TET expression in both white and brown adipose tissue through β-adrenergic signaling. Levels of 5-hydroxymethylcytosine (5hmC)—a DNA modification associated with TET activity—also decline. TET proteins normally act at the Prkn gene promoter, where they help maintain Parkin expression by converting 5-methylcytosine to 5hmC. When TET levels fall, methylation increases at the promoter and Parkin expression declines. Parkin plays a central role in mitophagy, the process cells use to selectively remove mitochondria. With less Parkin available, mitophagy slows, allowing more mitochondria to accumulate in fat cells. The effect was evident in mice lacking all three TET proteins specifically in adipose tissue. Compared with control mice, they showed increased becoming of white fat, greater brown-fat activation, higher energy expenditure, and better tolerance to cold. Their adipose tissue also contained less Parkin, along with increased mitochondrial DNA and proteins involved in cellular respiration. Cell-based experiments further confirmed Parkin's role in the pathway. Restoring functional Parkin in TET-deficient adipocytes largely returned mitochondrial abundance and oxygen consumption to normal levels, while a catalytically inactive form of Parkin did not. This showed that Parkin is a key link between TET activity and mitochondrial turnover. “Cold-induced increases in mitochondria and thermogenesis in adipose tissue have been well documented, but the upstream mechanism controlling these changes has remained unclear,” said Professor Ko. “Our findings identify TET proteins as part of that regulatory system and reveal how changes in Parkin-mediated mitochondrial turnover contribute to the thermogenic response.” Professor Ko added that understanding this pathway could inform future research into metabolic diseases such as obesity and type 2 diabetes, where increasing energy expenditure in adipose tissue has been explored as a potential therapeutic strategy. The study was supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT) and the National Research Foundation of Korea (NRF), among other funding sources. Journal Reference Seongjun Byun, Chan Hyeong Lee, Kyumin Jang, et al., “A thermosensitive TET–Parkin epigenetic axis couples mitochondrial quality control to adaptive thermogenesis in adipose tissue,” Metabolism, (2026).

2026.08.12

  • Adaptive Thermogenesis
  • Bio
  • Department of Biological Sciences
  • Epigenetics
  • Metabolism
  • Mitochondria
  • Mitophagy
  • Myunggon Ko
  • Parkin
  • TET

Adaptive Wireless Charging for Implantable Medical Devices

Abstract This paper presents a wireless power transfer (WPT) system that maintains high efficiency and low output voltage ripple under large variations in coupling and load conditions. To address these variations, the proposed system employs an adaptive mode switching scheme with coupling-insensitive sensing. This is implemented using a fixed-reference sensor topology with filtered integrated sensor outputs and synchronization of RX 0X-to-1X transitions with TX 0X-to-1X mode transitions. For stable output regulation, a voltage-racing hysteretic controller is introduced to achieve low output voltage ripple, which is difficult to obtain with conventional analog feedback- or comparator-based hysteretic controllers. In addition, an on-chip load detector enables automatic detection of heavy- and light-load conditions. Fabricated in a 0.18- μ m BCD process, the proposed system was measured with coil distances from 7 to 20 mm, corresponding to coupling coefficient (k) variations from 0.42 to 0.08. The system supports an output power range from 2.6 mW to 147 mW while achieving a low ripple voltage of 18 mV and achieves a peak end-to-end efficiency of 69.1%. Implantable medical devices must continue operating reliably despite the body's constant movement—from walking and breathing to simply changing position during sleep. But those everyday movements can disrupt wireless charging by altering the alignment between the external charger and the implanted device. Researchers at UNIST have developed a wireless power transfer system that adapts to changes in body movement and device power demand. By maintaining stable power delivery while reducing unnecessary energy loss and heat generation, the system could make long-term wireless powering of implantable medical devices more practical. Many implantable medical devices alternate between active treatment and standby modes, causing their power requirements to change over time. At the same time, body movement can shift the distance or alignment between the transmitter and receiver coils, reducing wireless charging efficiency. Together, these challenges make it difficult to deliver stable power when and where it is needed. Led by Professor Franklin Bien of the Department of Electrical Engineering, the team designed the system to distinguish changes in device power demand from changes in coil alignment caused by body movement. Rather than relying solely on signal strength, it detects characteristic changes in communication between the transmitter and receiver, allowing it to switch reliably between high- and low-power modes as charging conditions change. The researchers also developed a new Voltage-Racing Hysteretic Controller (VRHC) to stabilize the receiver's output voltage. Instead of comparing voltages directly, the new controller detects voltage changes by measuring tiny differences in signal propagation time within the circuit. This allows it to respond more quickly and keep the output voltage remarkably stable. In laboratory tests, the system remained stable across transmission distances ranging from 7 mm to 20 mm. Even when the implanted device's operating current increased sharply from 6 mA to 16 mA, it maintained a constant 3.3 V output with a voltage ripple of only 18 mV. The system achieved a peak end-to-end power transfer efficiency of 69.1%, representing an improvement of up to 51.3 percentage points over a comparable design without the adaptive mode-switching technology. “Wireless charging systems need to adapt as conditions change, whether because a patient moves or a device's power demand shifts,” said Professor Bien. "By continuously adjusting power delivery in real time, our system improves both efficiency and stability. We hope it will help make implantable medical devices more practical for long-term use." The study was co-first authored by Sungmin Shin and Seongbin Kwon of UNIST. The research was supported by the Ministry of Science and ICT (MSIT) and the Institute for Information & Communications Technology Planning & Evaluation (IITP), and published in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers (IEEE TCAS-I) on June 19, 2026. Journal Reference Sungmin Shin, Seongbin Kwon, Kiju Lee, et al ., "A Wireless Power Transfer System With Adaptive Mode-Switching Insensitive to Coupling Variations Achieving Low Ripple and High Efficiency," IEEE TCAS-I, (2026).

2026.08.11

  • Department of Electrical Engineering
  • EE
  • Franklin Bien
  • Gangil Byun
  • IEEE TCAS-I
  • IMDs
  • Implantable Medical Devices
  • Voltage-Racing Hysteretic Controller
  • VRHC
  • Wireless Power Transfer
  • WPT

A New Way to Harness Hot Electrons

Abstract Spin-active dopants offer a powerful yet largely unexplored route for controlling interfacial redox chemistry in quantum-confined semiconductors. Here we show that manganese doping in cadmium selenide quantum dots enables an ultrafast spin-exchange-mediated electron-transfer pathway that allows methyl viologen reduction even when conventional band-edge energetics are unfavorable for charge transfer. Femtosecond transient absorption spectroscopy reveals that manganese dopants accelerate electron-transfer dynamics by more than an order of magnitude while opening a hot-exciton reduction channel in which a manganese ion captures a photoexcited exciton prior to phonon-assisted cooling. Subsequent spin-flip relaxation of the excited manganese ion drives charge separation and reduction of a molecular acceptor. This mechanism operates efficiently across resonant and off-resonant (energy-uphill and downhill) regimes, identifying spin-exchange coupling—rather than band alignment—as the dominant factor governing electron-transfer rates and efficiencies. These findings establish magnetic doping as a viable strategy for harvesting hot carriers and enabling energetically demanding photocatalytic transformations. For decades, researchers have understood electron transfer in photocalysis through one guiding principle. Electrons move most readily when the energy levels of a semiconductor and a reacting molecule are well matched. Researchers at UNIST and Los Alamos National Laboratory (LANL) have demonstrated that spin interactions can provide an alternative pathway, allowing electron transfer even when conventional energy-level alignment is unfavorable. Professor Ho Jin of the Department of Chemistry at UNIST, in collaboration with Dr. Victor I. Klimov of LANL, showed that manganese ions inside semiconductor quantum dots (QDs) create an ultrafast spin-exchange pathway that channels hot-electron energy into photoreduction reactions. The findings offer a new way to design photocatalysts that make better use of sunlight for hydrogen production and carbon dioxide conversion. QDs readily transfer photoexcited electrons to nearby molecules, making them attractive materials for photocatalysis. Their most energetic electrons, however, lose excess energy almost immediately, leaving little time for useful chemical reactions to occur. The team addressed this challenge by introducing magnetic manganese ions into cadmium selenide (CdSe) QDs. Before hot electrons could cool, the manganese ions captured their excess energy through ultrafast spin exchange. As the ions returned to their original spin state, that energy drove electrons into nearby molecules, triggering photoreduction reactions that would otherwise be difficult to achieve. Using femtosecond transient absorption spectroscopy, the researchers followed the electron transfer process in real time. Compared with undoped QDs, manganese-doped particles transferred electrons to methyl viologen more than ten times faster, demonstrating that spin exchange provides an efficient pathway for charge transfer. The team then asked whether the mechanism truly depended on hot-electron energy. When larger QDs were illuminated with higher-energy light, photoreduction readily occurred. Under lower-energy illumination, the reaction largely disappeared. Together, these experiments showed that manganese captures the excess energy of hot electrons before it is lost as heat. “We have traditionally thought of energy-level alignment as the deciding factor in electron transfer,” said Professor Jin. “Our results show that spin exchange can provide an alternative pathway, giving us a new way to harness the energy of hot electrons for photocatalysis.” Professor Ho Jin served as the first author of the study. Their findings were published in Nature Communications on June 26, 2026. Journal Reference Ho Jin, Valerio Pinchetti, Connor Orrison, et al., “Ultrafast photoreduction driven by interfacial spin exchange in manganese-doped quantum dots,” Nat. Commun., (2026).

2026.08.10

  • Chemistry
  • Department of Chemistry
  • Ho Jin
  • Hot Electron
  • Nature Communications
  • Quantum
  • Quantum Dot
  • Spin Exchange)
  • Spin Relaxation

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