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

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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

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김기현 자택·사무실·차량기록 전방위 압색 [서울=뉴스핌] 김영은 기자 = 민중기 특별검사팀(특검팀)이 17일 김기현 국민의힘 의원에 대한 전방위 강제수사에 나섰다. 특검팀은 "이날 오전 '김건희 여사 로저 비비에 가방 수수의혹사건' 과 관련해, 차량출입기록 확인 등을 위해 국회사무처 의회방호담당관실 사무실에 대한 압수수색에 착수했다"고 밝혔다. 시진은 김기현 전 국민의힘 대표가 2023년 12월 4일 오전 서울 여의도 국회서 열린 최고위원회의에서 모두발언을 하는 모습. [사진=뉴스핌DB] 특검팀은 이와 함께 김 의원의 서울 성동구 자택, 국회 의원회관 사무실에 대한 압수수색에도 돌입했다. 앞서 특검팀은 김 여사의 자택 압수수색 과정에서 260만원 상당 로저비비에 클러치백과 김 의원의 배우자 이모 씨가 작성한 편지를 발견했다. 2023년 3월 17일이 적힌 편지엔 김 의원의 당대표 당선에 대한 감사 인사가 적혀있던 것으로 알려졌다. 이에 특검팀은 해당 가방이 2023년 3월 8일 김 의원의 당선 직후 건네진 대가성 선물이라고 보고 최근 이씨를 피의자로 소환해 조사한 바 있다. 김 여사 측이 당초 권성동 국민의힘 의원을 지지했으나 당시 권 의원이 불출마를 선언하자 김 의원을 지지했고, 이씨가 답례로 가방을 건넸다는 특검팀의 관측이다. 특검팀은 이 과정에서 가방 구매 대금이 김 의원에게서 빠져나갔을 가능성 있다고 보고 있다. 앞서 김 의원은 김 여사 측에 대한 청탁 의혹을 부인하는 입장을 밝힌 바 있다. 그는 "아내가 신임 여당 대표의 배우자로서 대통령의 부인에게 사회적 예의 차원에서 선물을 한 것"이라며 "이미 여당 대표로 당선된 나와 내 아내가 청탁할 내용도, 이유도 없었다. 사인 간의 의례적인 예의 차원의 인사였을 뿐"이라고 했다.  이날 김 의원은 압수수색 현장에서 "민주당 하청으로 전락한 민중기 특검의 무도함을 여러분이 보고 있다"고 말했다. 사진은 박노수 특별검사보가 지난 4일 정례브리핑을 하는 모습. [사진=뉴스핌DB] yek105@newspim.com 2025-12-17 13:31
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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