한중 연구진, 자연계 물질에서 '플랫 밴드' 첫 입증

한중 연구진, 자연계 물질에서 '플랫 밴드' 첫 입증
한국연구재단 "신소재 개발 연구 저변 넓히는 성과"




(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 한양대 조준형 교수와 젱창간 중국 과학기술대학 교수 연구팀이 자연계 고체물질에서 '플랫 밴드' 존재를 입증했다고 26일 밝혔다.
고체 내 전자 배열 상태는 물질 특성과 밀접하게 관련돼 있다.
특히 전자들이 한 공간에 밀집한 채 플랫 밴드 상태로 있을 땐 외부 자기장 없이 스스로 자석이 되는 성질(강 자성)을 갖는다.
플랫 밴드는 질량이 없는 준입자(Quasi-particle)가 매우 무거운 유효질량을 가질 때 나오는 구조다.
지금까지 플랫 밴드는 2차원 표면에 인위적 구조물에서만 관찰됐다.
한중 연구팀은 자연계 철 기반 고체물질에서 플랫 밴드의 존재를 처음 살피는 데 성공했다.
해당 철 기반 고체(Fe₃Sn₂)에는 마치 대나무로 바구니를 엮은 듯한 형태(카고메 격자)로 입자가 배열돼 있다.



연구팀은 실험 과정에서 플랫 밴드를 갖는 기하학적인 전자 구조에 의해 강 자성 현상이 생긴다는 것을 규명했다.
육각형의 상호 네트워크 속에서 국소적으로 분자 내 전자 교환상호작용이 일어나면서 강 자성이 형성된다고 연구팀은 설명했다.
이번 연구는 신소재 개발 연구 분야의 저변을 확장하는 성과라고 한국연구재단 측은 전했다.
실험은 젱창간 교수가 수행했다. 이론 정립은 조준형 교수, 최진호 박사, 이세호 박사과정생이 주도했다.
조준형 교수는 "강 자성뿐만 아니라 고온 분수 양자홀 효과나 고온 초전도 같은 다양한 양자 현상을 실현할 수 있는 밑거름이 될 것"이라고 설명했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재 디스커버리 사업, 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨팅 연구지원사업 지원으로 수행했다.
성과를 담은 논문은 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 24일 자에 실렸다.
특별히 편집자 추천 논문(Editors' Suggestions)으로 선정됐다.
walden@yna.co.kr
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