김영욱 DGIST 화학물리학과 교수 연구팀이 조길영 KAIST 교수 연구팀과의 공동연구로 비틀린 그래핀 구조에서 전자가 완전히 새로운 방식으로 움직이는 양자 상태를 발견했다고 8일 발표했다. 그래핀은 탄소 원자로 이뤄진 종잇장처럼 얇은 물질이다. 이번 연구에서는 그래핀 두 겹을 살짝 비틀어 겹친 독특한 구조를 활용해 새로운 양자 상태를 관찰했다.
연구팀은 새로운 패턴과 관련해 전자의 움직임에 전혀 다른 규칙을 만들어 내며 층 사이에서 전자가 다른 층으로 넘어가지 못하게 막는 동시에 전자 간 강한 상호작용(쿨롱 상호작용)이 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 이 상태에서 ‘1/3 분수 양자 홀 상태’라는 새로운 전자 상태를 발견했다. 이는 전자들이 세 부분으로 나뉘어 움직이는 듯한 독특한 모습으로 기존 움직임과 전혀 다른 양상을 보인다. 이 상태는 층간 전자가 서로 밀고 당기며 강력한 상호작용을 하는 과정에서 나타나며 이를 이론적으로 증명해 그 물리적 의미를 밝혀냈다. 조 교수는 “새로운 소재에서의 분수 양자 홀 상태 발견은 양자컴퓨터 기술 개발에 중요한 기여를 할 수 있다”고 말했다.
김 교수는 “이번 연구는 일본 NIMS, 독일 막스플랑크연구소와 긴밀히 협력한 결과로 특히 막스플랑크연구소의 고자기장 실험 장치를 활용해 핵심 데이터를 얻었고, 국제 공동연구를 통해 새로운 가능성을 열었다”며 “앞으로 자기장이 없는 환경에서도 비슷한 상태를 구현하는 연구를 지속해 나갈 계획”이라고 했다.
이번 연구는 기존 반도체 기술로 구현하기 어려운 양자 상태를 밝혀내 양자 기술의 미래 가능성을 크게 확장했다는 점에서 큰 의미가 있다는 평가가 나온다.
대구=오경묵 기자 okmook@hankyung.com
연구팀은 새로운 패턴과 관련해 전자의 움직임에 전혀 다른 규칙을 만들어 내며 층 사이에서 전자가 다른 층으로 넘어가지 못하게 막는 동시에 전자 간 강한 상호작용(쿨롱 상호작용)이 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 이 상태에서 ‘1/3 분수 양자 홀 상태’라는 새로운 전자 상태를 발견했다. 이는 전자들이 세 부분으로 나뉘어 움직이는 듯한 독특한 모습으로 기존 움직임과 전혀 다른 양상을 보인다. 이 상태는 층간 전자가 서로 밀고 당기며 강력한 상호작용을 하는 과정에서 나타나며 이를 이론적으로 증명해 그 물리적 의미를 밝혀냈다. 조 교수는 “새로운 소재에서의 분수 양자 홀 상태 발견은 양자컴퓨터 기술 개발에 중요한 기여를 할 수 있다”고 말했다.
김 교수는 “이번 연구는 일본 NIMS, 독일 막스플랑크연구소와 긴밀히 협력한 결과로 특히 막스플랑크연구소의 고자기장 실험 장치를 활용해 핵심 데이터를 얻었고, 국제 공동연구를 통해 새로운 가능성을 열었다”며 “앞으로 자기장이 없는 환경에서도 비슷한 상태를 구현하는 연구를 지속해 나갈 계획”이라고 했다.
이번 연구는 기존 반도체 기술로 구현하기 어려운 양자 상태를 밝혀내 양자 기술의 미래 가능성을 크게 확장했다는 점에서 큰 의미가 있다는 평가가 나온다.
대구=오경묵 기자 okmook@hankyung.com
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