전체기사 최신뉴스 GAM 라씨로
KYD 디데이
경제 과학기술

동국대 임현식 교수팀, 새로운 양자물질 최초 발견…"양자컴퓨터 응용 기대"

기사입력 : 2023년02월07일 01:00

최종수정 : 2023년02월07일 01:00

새로운 '보스·아인슈타인 응축' 물질 발견·규명

[세종=뉴스핌] 이태성 기자 = 국내 연구팀이 스핀구름의 응축을 통한 새로운 양자물질을 세계 최초로 발견했다.

이번 발견은 미세한 온도나 압력, 자기장 등의 변화를 감지하는 센서분야에서 활용 가능할 것으로 알려졌다. 특히 양자컴퓨터의 기본이 되는 큐비트(최소 정보 단위)로도 응용이 가능할 것이라는 평가를 받는다.

과학기술정보통신부는 임현식 동국대학교 교수 공동연구팀이 극저온 실리콘 금속에서 스핀구름들의 응축 현상을 통해 새로운 양자 물질을 발견, 규명했다고 7일 밝혔다.

스핀구름(콘도구름)이란 금속이나 반도체 내에 자성을 가리기 위해 형성된 자유 전자들을 뜻한다.

제1저자이자 교신저자인 임현식 동국대 물리반도체과학과 교수 [사진=동국대학교 홈페이지] 2023.02.06 victory@newspim.com

과기부의 기초연구사업 중견연구 및 기초연구실 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 2월 6일(현지시간) 게재됐다.

전기 저항이 없어 자기부상열차나 자기공명영상장치(MRI) 등에 활용이 가능한 고온 초전도 현상에서, 스핀구름의 역할이 매우 중요하다고 알려져 있다.

그러나 응집물질물리학 분야에서 스핀구름 형성과 이들 간의 상호작용에 의한 새로운 양자 물질에 대한 연구는 아직까지 풀리지 않은 난제가 많다.

연구팀은 양자컴퓨터 소자관련 연구를 하던 중 우연히 실리콘 금속에서 그동안 학계에 보고되지 않은 특이한 신호를 발견하고 연구를 시작했다고 밝혔다.

금속에 형성된 스핀 구름들의 밀도가 적은 경우 스핀 구름들은 기존에 잘 알려진 콘도 효과(자성 불순물과 – 주변 전자의 스핀-스핀 산란 때문에 전기 저항이 임계 온도에서 커지는 현상)를 나타내며, 스핀 구름들이 충분히 많아 서로 중첩된 응축 현상을 보이는 경우 쿠퍼-쌍이 없는 초전도체와 유사한 새로운 양자 물질이 형성될 수 있다. [자료=과학기술정보통신부] 2023.02.06 victory@newspim.com

스핀구름에 관한 연구는 극저온에서 측정해야하는 제약 등 여러 실험적 어려움과 해석의 한계로 인해 선행 연구가 극히 적었으나, 연구팀은 포기하지 않고 2015년부터 수년간 연구를 지속해 왔다.

그 결과 실리콘 금속에서 관측된 것은 물질의 상(相) 중 고체, 액체, 기체, 플라스마(Plasma)에 이어 1990년대에 발견된 '보스·아인슈타인 응축' 상태 특성을 갖는 새로운 물질임을 밝혀냈다. 분광학 및 전기 전도도 측정을 활용했다.

실리콘 금속을 이용해 극저온(1K, -272.15℃)에서 스핀 구름들을 응축하면 새로운 양자 물질이 존재할 수 있음을 세계 최초로 발견하고 규명하는 데 성공한 것이다.

측정된 상태 밀도 함수(단위 부피당, 단위 에너지당 전자가 존재할 수 있는 양자 상태)의 모양은 초전도체에서 관측되는 모양과 유사하며 이는 스핀 구름들의 응축을 통해 초전도체와 유사한 양자 물질이 형성됨을 의미한다. [자료=과학기술정보통신부] 2023.02.06 victory@newspim.com

이번 연구 성과는 금속 및 반도체에서 '스핀-스핀 상호 작용'을 이해하고 고온 초전도체를 포함한 다양한 강상관계 물질을 연구하는 데 기여할 것으로 기대된다.

강상관계 물질이란 구성 입자들이 강하게 상호작용해 일반적인 도체나 부도체에서 보이지 않는 특이한 현상을 나타내는 물질을 뜻한다.

임현식 교수는 "이번 연구를 통해 또 다른 양자 응축상태를 생성하고 제어 할 수 있다면 양자 소자 기술에 적용 가능할 것으로 기대된다"며 "후속 연구를 통해 순수 금속에서 스핀 구름들의 농도 변화에 대한 다양한 스핀 구름의 물성을 이해하는 것이 중요하다"고 의미를 밝혔다.

victory@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
김수현 "故김새론, 미성년땐 사귀지 않아" [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 미성년자였던 고(故) 김새론과 교제했다는 의혹을 받는 배우 김수현이 31일 오후 서울 마포구 스탠포드호텔에서 열린 긴급 기자회견에서 입장 밝히며 눈물을 흘리고 있다. 2025.03.31 mironj19@newspim.com   2025-03-31 17:43
사진
김효주 "아직도 할 수 있는 선수 증명" [서울=뉴스핌] 김용석 기자 = "LPGA에서 17개월 만에 우승을 차지해 기쁘다." 김효주(30)가 미국여자프로골프(LPGA) 투어에서 통산 7번째 우승 트로피를 들어 올렸다. 김효주는 31일(한국시간) 미국 애리조나주 챈들러의 월윈드골프클럽에서 열린 포드 챔피언십 최종일, 연장전 끝에 릴리아 부를 꺾고 우승을 차지했다. [서울=뉴스핌] 김용석 기자 = LPGA 통산 7승을 수확한 김효주. [사진= LPGA] 2025.03.31 fineview@newspim.com 역전 우승이다. 3라운드까지 릴리아 부에게 4타 뒤진 공동5위로 출발한 김효주는 대회 마지막 날인 4라운드에서 버디 9개, 보기 1개로 무려 8타를 줄였다. 릴리아 부와 나란히 최종합계 22언더파 266타로 동타를 이룬 김효주는 연장전이 벌어진 18번 홀(파4)에서 1.5m 거리의 버디 퍼트를 성공시켜 승리를 확정지었다. LPGA 통산7승이다. 2015년과 2016년 각각 1승씩을 올린 그는 2021년 HSBC 위민스 월드 챔피언십, 2022년 롯데 챔피언십, 2023년 볼룬티어스 오브 아메리카스 클래식 등에서 6승을 수확한 뒤 1년5개월만에 다시 정상에 올랐다. 김효주는 매니지먼트사 지애드스포츠를 통해 "오늘 마지막까지 집중한 것이 중요했다"고 밝혔다. "작년 겨울 전지훈련에서 열심히 훈련하며 몸 상태를 끌어올리기 위해 노력했기 때문에 이번 대회에서도 좋은 샷감을 기대할 수 있었다"고 말했다. 파이널 라운드에서도 집중을 잃지 않기 위해 노력했다는 그는, "그 결과 좋은 성과로 이어져서 정말 감사한 마음"이라고 기쁨을 전했다. 이번 대회에서는 새로운 샤프트와 퍼터를 사용한 것이 주효했다는 김효주는 "좋은 샷감과 함께 시너지 효과가 난 덕분에 우승까지 할 수 있었다"고 말했다. 특히 LPGA에서 17개월 만에 우승을 차지한 그는 "아직도 내가 할 수 있는 선수라는 것을 증명해 너무 뿌듯하다"며 언제나 응원해주시는 팬들에게 진심으로 감사의 인사를 전했다. 이번 우승은 김아림에 이어 한국 선수로는 올해 두 번째 LPGA 투어 우승이다. 김효주는 "올 시즌, 한국 선수들의 상승 흐름에 좋은 기폭제가 되었으면 한다"고 덧붙였다. fineview@newspim.com 2025-03-31 14:44
안다쇼핑
`
Top으로 이동