한국 연구진 '미개척 분야' 전자화물 새 형태 발견

한국 연구진 '미개척 분야' 전자화물 새 형태 발견
윤미나 미 테네시대·김성웅 성대 연구팀 성과



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 윤미나 미국 테네시대학(오크리지 국립연구소)·김성웅 성균관대 교수 연구팀이 슈퍼컴퓨터와 이론 계산을 통해 1차원 형태의 전자화물을 발견했다고 29일 밝혔다.
전자화물은 재료 내 독립적인 공간에 전자가 음이온 형태로 존재하는 신개념 재료다.
전자가 원소 가장 바깥쪽(최외각) 궤도에 위치하는 일반적인 물질과는 다르다.
1983년 처음 발견된 후 현재까지 10여 종만 실제로 합성됐다.
전자 배열만으로 물질 성질이 바뀔 수 있어서 기존 소재 성능한계를 돌파할 완전히 다른 소재를 개발할 수 있다.
연구팀은 기존에 활용하지 않은 이론 중심 방법론을 통해 입체공간에서 1차원적으로 배열된 새로운 형태의 전자화물을 확인했다.
방대한 물질 데이터베이스에서 탐색하는 알고리즘과 제1 원리 계산(양자물리학을 기반으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 물질 특성 계산)을 효과적으로 수행하는 방법을 접목했다.
여기에는 미국 오크리지 국립연구소의 슈퍼컴퓨터가 이용됐다.
이 새로운 1차원 전자화물은 자명하지 않은(nontrivial) 전자 띠(electronic band) 위상(topology)이라는 새로운 양자 상태를 가지고 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 나노 봉(Nanorod) 형태의 전자화물에서 나노 봉 사이 공간에 물질 특성을 결정하는 근원인 격자 간 전자가 1차원적으로 배열되는 물질이 가능하다는 점을 최초로 규명했다.
실험 연구 방법론에서 소재를 먼저 예측할 수 있는 효율적인 계산 플랫폼을 개발했다는 점에서도 의의가 있다고 연구팀은 전했다.
김성웅 교수는 “지속적이고 선도적인 연구를 통해 새로운 전자화물 소재를 발굴·합성할 것"이라며 "그 물성을 최적화해 전자소재, 자성 소재, 화학적 촉매 등으로 응용분야를 확대할 계획"이라고 말했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리 사업 등 지원으로 수행했다.
성과를 담은 논문은 미국 '물리학회지'(Physical Review Letters) 8일 자에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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