[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 양자컴퓨터 개발에 한발 앞으로 다가갔다. 한국을 포함한 6개국 공동연구진이 양자컴퓨터 소재로 각광받는 위상절연체의 표면전자 움직임을 밝혀냈다.
양자컴퓨터는 빛의 속도로 계산이 가능해 미래형 컴퓨터로 불리고 있다. 위상절연체(Topological Insulator)는 내부는 절연체지만 표면에는 전기가 흐르는 특징을 가진 물질이다. 2차원 상태에서 에너지 손실 없이 전기전도가 가능해 미래 전자소자이자 양자컴퓨터 소재로 각광 받아왔다.
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미국 캘리포니아주 산타바바라 소재 구글 연구실에 있는 양자컴퓨터 부품. 2019.10.23. Google/Handout via REUTERS. [사진=로이터 뉴스핌] |
한국기초과학지원연구원(KBSI) 10일 한국·스웨덴·그리스 등 6개국 국제공동연구를 통해 미래 전자소자이자 양자컴퓨터 소재로 각광받는 위상절연체의 원자 수준 구조를 초고분해능 수차보정 투과전자현미경, NMR(핵자기공명분광기) 등의 연구장비와 이론적 계산을 통해 분석함으로써 위상 절연체의 중요한 물리적 특성인 표면전자의 움직임을 밝혀냈다고 발표했다.
6개국 연구팀은 한국(KBSI), 스웨덴(스톡홀름 대학교), 그리스(데모크리토스 연구소), UAE(칼리파 대학교), 슬로베니아(요제프 스테판 연구소), 폴란드(아담 미츠키에비츠 대학교) 등이다.
이번 연구는 KBSI가 보유한 초고분해능 수차보정 투과전자현미경을 활용하여 위상절연체(Bi2Te3)의 원자구조를 직접 관찰함으로써 정확한 구조를 증명할 수 있었고, NMR분석을 통해 위상절연체의 원자핵과 전자간의 상호작용을 밝혀냈다.
지금까지 위상절연체 연구의 난제로 여겨져 왔던 표면 디락 전자의 위상절연체 내부 확산 등 전자와 소재의 상호작용을, 다양한 분석장비와 이론적 계산을 융합하여 밝혀냈다는데 큰 의미가 있다.
이번 연구 결과를 응용하면 향후 위상절연체 표면의 양자상태를 이해하는데 새로운 접근법을 도출하고, 양자컴퓨터 실용화 등 미래 전자소자 연구에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 세계적인 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)誌' 온라인판 (논문명 : Resolving Dirac electrons with broadband high-resolution NMR, IF=11.878)에 지난 9일 게재됐다.
김해진 KBSI 박사는 "위상 절연체는 일반 물질과 달리 그 자체의 위상학적 성질에만 의존할 뿐, 불순물이나 국소적인 외부요인에는 무관하다"면서 "물질의 표면과 내부의 디락 전자 상태를 측정하는 것은 소재가 가진 양자적 특성을 이해하는데 매우 중요하다"고 말했다.
그는 이어 "이번 연구를 통해 기존에 단일 장비로는 해석할 수 없었던 연구영역을, 다양한 연구장비와 방법론을 융합하여 밝혀냄으로써 학문적 지평을 확장했다는 큰 의미가 있다"고 덧붙였다.
swiss2pac@newspim.com