IBS, 양자 자성 다체 엑시톤 발견…네이처 게재

[뉴스토마토 이지은 기자] 국내 연구진이 전자 1개가 여러 원자에 존재하는 새로운 양자상태를 발견했다. 

 

기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구단 박제근 전부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)은 서강대(정현식), 연세대(김재훈), 고등과학원(손영우) 등과 함께 자성을 띤 2차원 물질에서 독특한 신호를 발견하고, 이 신호가 전자 1개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 양자다체상태의 새로운 엑시톤이란 것을 밝혀냈다고 21일 밝혔다. 

 

NiPS3에 대한 X선 흡수 스펙트럼과 공명 비탄성 X선 산란 실험, 다체계산. 자료/과기정통부 

 

엑시톤은 자유전자와 양공(전자가 빠져나간 빈자리)으로 이루어진 입자로, 광자를 방출하는 양자상태이기 때문에 양자광원이 필요한 양자정보통신에 중요한 열쇠로 거론된다.

 

이번에 발견한 새로운 엑시톤은 삶과 죽음이 중첩돼 존재하는 슈뢰딩거의 고양이처럼 전자 1개가 여러 원자에 나누어 존재한다. 이 엑시톤은 이론적으로 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이다.

 

과학기술정보통신부와 IBS는 이번 성과가 세계적 학술지 네이처에 21일 0시(한국시간) 게재됐다고 밝혔다.

 

양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로, 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대된다. 

 

2차원 물질은 그래핀처럼 층을 쌓아 조립할 수 있어 응용성이 크다. 또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있는데, 이 때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다. 이 엑시톤은 에너지 폭이 매우 좁은, 결맞음성이 높은 신호를 보이는데 초전도체, 초유체 등 특이한 물리 현상들도 결맞음성과 관련이 있다. 

 

박제근 전부연구단장은 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "우리 연구진이 개척해서 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다는 데 의미가 크다"고 말했다. 

 

이지은 기자 [e-mail]