전기 저항 없는 초전도 생성 원리 찾았다…"새는 전기막을 실마리" 작성일 06-30 22 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KAIST, 고리전류 → 전하밀도파 → 초전도로 이어지는 과정 규명</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="tcmL5iEojK"> <p contents-hash="a3fd751248c9a9c03cd7d164d046af881e4728bd92c11f181a3cb777e44d42a7" dmcf-pid="Fkso1nDgNb" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)<span>전기 저항이 없는 초전도 금속은 에너지 손실이 없기 때문에, 양자컴퓨터나 전략망 효율을 크게 높일 수 있다. 그러나 아직까지 금속마다 임계점이 제각각인 초전도 현상이 어떤 과정을 거쳐 일어나는지 논란만 있었을 뿐 아무도 규명하지 못했다.</span></p> <p contents-hash="d009fa7e96b0d1ad7261c60e9ca7cfaaa58ccded5043e57405a88a040138a129" dmcf-pid="3EOgtLwaaB" dmcf-ptype="general">KAIST 연구진이 이를 과학적으로 규명했다. 김용관·한명준·이성빈 물리학과 교수 공동연구팀이 차세대 양자물질로 주목받는 카고메 금속(CsV₃Sb₅)에서 초전도가 나타나기 전 전자들이 먼저 '숨은 질서'를 형성한다는 사실을 실험과 이론으로 밝혀냈다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c77d946d3c9149c9a226ca03290624c54f84e97606c3736073482512e26c10dd" dmcf-pid="0DIaForNkq" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST 연구팀. 윗줄 맨왼쪽부터 시계방향으로 차재훈·이형근 박사, 심상준 석사(이상 제1저자)와 김용관·한명준·이성빈 교수(이상 교신저자).(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/30/ZDNetKorea/20260630092801962llyj.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="586uApV7a2" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/30/ZDNetKorea/20260630092801962llyj.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST 연구팀. 윗줄 맨왼쪽부터 시계방향으로 차재훈·이형근 박사, 심상준 석사(이상 제1저자)와 김용관·한명준·이성빈 교수(이상 교신저자).(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="b79b617bdfdba099be0022001eade91edf32b67147cd5cba22efb8b6225ea6bb" dmcf-pid="pwCN3gmjAz" dmcf-ptype="general">연구결과는 물리학 분야 국제 학술지 네이처 피직스에 지난 15일 온라인으로 게재됐다.</p> <p contents-hash="d45c92221145e4f4d184f6f18f70f7a3af11f59c6d48d7dff707d8a96761c39b" dmcf-pid="UF7GRW0Ho7" dmcf-ptype="general">그동안 과학기술계는 카고메 금속에서 초전도가 나타나기 전, 또 다른 숨은 전자 질서가 존재하는지 여부를 두고 논쟁해왔다.</p> <p contents-hash="84d0d2a8f34333bb8bca8e1d0bca4164ef8c3bd5e25448fce8c6799016a59884" dmcf-pid="u3zHeYpXku" dmcf-ptype="general">카고메 금속은 삼각형 격자 고리 모양이 반복되는 특이한 결정 구조를 갖고 있는 대표적인 양자물질이다. 전자 간 상호작용, 좌절된 격자 구조, 위상학적 전자띠가 결합해 전하밀도파, 초전도, 네마틱 질서, 시간반전대칭성 깨짐 등 다양한 양자현상이 나타나는 특성이 있다.</p> <p contents-hash="94acaf59438b5544fb6a5b79d27d015850855ff2b8b963992b050f10ba9ce13f" dmcf-pid="70qXdGUZoU" dmcf-ptype="general">특히, 카메고 금속은 전하밀도파와 초전도 현상이 모두 나타난다. 이 때문에 초전도 현상 기원과 전자 질서 관계를 연구하는 데 중요한 물질로 인식돼 왔다.</p> <p contents-hash="8e43d1f0c5bbe764583d87f180eb5597659b2f99f0de2cc5935950aebf6d51cb" dmcf-pid="zpBZJHu5cp" dmcf-ptype="general">그러나 이 물질에서 시간반전대칭성이 실제로 깨지는지, 깨진다면 그 온도는 전하밀도파 전이온도와 같은지, 아니면 더 낮은지, 더 높은지에 대해서는 실험결과가 과학자마다 서로 달라, 여러 이론이 혼재돼 왔다.</p> <p contents-hash="d5aa66a58d9db513a007c783c1d65b0e9384e28e178800c7a115732224a84c85" dmcf-pid="qUb5iX71g0" dmcf-ptype="general">시간반전대칭성은 시간을 거꾸로 돌려도 물리 법칙이 동일하게 보이는 성질이다. 이 대칭성이 깨졌다는 것은 전자 운동에 특정한 방향성 또는 순환성이 생겼다는 것을 의미한다.</p> <p contents-hash="870166497c5ec974b7cbf241d1ba7c11bc92da0829dbd9f0420b908cf3c57acf" dmcf-pid="BuK1nZztN3" dmcf-ptype="general">학계에서는 이러한 시간반전대칭성 깨짐의 미시적 원인으로 '고리전류 질서'를 꼽아왔다. 고리전류 질서는 전자들이 원자 격자 안에서 작은 고리를 따라 순환하듯 움직이는 상태로, 장거리 자기 질서가 없어도 시간반전대칭성을 깨뜨릴 수 있기 때문이다.</p> <p contents-hash="5dfe0adef2eb8dbd0044d1ddd26246cc780add98ee91a22237ce264e7bc4196e" dmcf-pid="b79tL5qFjF" dmcf-ptype="general">그러나 고리전류 질서를 전자 구조 안에서 확인하는 것이 간단하지 않아, 이 질서 존재 여부가 물리학계의 오랜 논쟁거리였다.</p> <p contents-hash="b0152e058908f010df753628fc77277bdb18c79a14c6de80c4e02f2e18b9bb9d" dmcf-pid="Kz2Fo1B3gt" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 문제 해결을 위해 빛을 쏴서 <span>전자의 성질을 파악할 수 있는 원편광-각분해광전자분광(CD-ARPES)법을 사용했다. </span></p> <p contents-hash="59cbb610e468664732519f6c6d8ce31585c805cf7056af6f23a2013f7dd8cb12" dmcf-pid="9qV3gtb0g1" dmcf-ptype="general"><span>왼쪽으로 도는 빛과 오른쪽으로 도는 빛을 각각 물질에 쏘았을 때 방출되는 전자 세기의 차이를 측정했다. 이 차이는 물질 내부의 전자 궤도각운동량과 대칭성 깨짐에 민감하게 반응하기 때문에, 시간반전대칭성이 깨진 전자 상태를 찾는 데 유용하다.</span></p> <p contents-hash="4d0ce9fc6a0ba71b70bc610d965daf8f2947fab8ce076aa3af554df7d95c5371" dmcf-pid="2Bf0aFKpo5" dmcf-ptype="general">연구팀은 카고메 금속 결정 거울면과 빛 입사면을 정밀하게 맞춘 뒤, 실험 기하학에서 생기는 외부적 원편광 이색성 신호와 물질 고유 내부 신호를 분리했다. 특히 전자 불안정성이 강하게 나타나는 반 호브 특이점 부근을 집중적으로 측정했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a957096a3728d2ddb18837294eb6b4419faa699b3c031b377fc485433125502f" dmcf-pid="Vb4pN39UjZ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="카고메 격자 및 격자 내 고리 전류 질서를 나타낸 모식도.(그림=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/30/ZDNetKorea/20260630092803246gnzx.jpg" data-org-width="500" dmcf-mid="1MmL5iEoA9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/30/ZDNetKorea/20260630092803246gnzx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 카고메 격자 및 격자 내 고리 전류 질서를 나타낸 모식도.(그림=KAIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="ba6795d30e6b6b248473d4f4e0854e7bc7a2c0a3e18dbe050af7574bc6103192" dmcf-pid="fK8Uj02ukX" dmcf-ptype="general">그 결과, 전하밀도파 전이온도인 94 K(−179.15°C)보다 높은 약 140~145 K(−133.15~−128.15°C) 부근에서 이미 고유 원편광 이색성 신호가 나타났다. 이는 전하밀도파가 생기기 전에 시간반전대칭성이 먼저 깨진 것을 뜻한다.</p> <p contents-hash="f3a5e3a37066ed5958fb1377cc2596873f9f94dcf8b3fb3921e437947c20c2f5" dmcf-pid="496uApV7oH" dmcf-ptype="general">온도를 더 낮추면 이 신호가 전하밀도파 형성과 함께 급격히 변하는 것도 확인했다. 이는 고리전류 질서와 전하밀도파가 서로 얽혀 있다는 의미다.</p> <p contents-hash="4f66ec53d33e93851943e71c961a2145549832005cc0e7575e44cf1a8d849c28" dmcf-pid="83zHeYpXgG" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 이론적으로 설명하기 위해 제1원리 계산(양자역학 기본 법칙만으로 물질 성질을 계산하는 방법)<span>과 타이트바인딩 모델(전자 이동을 설명하는 모델)을 이용했다. </span></p> <p contents-hash="438e8e98d7a6f9ea697d5e4a1873e05a0977e3eaae02fb9f982af2cbc5dfcbbb" dmcf-pid="60qXdGUZoY" dmcf-ptype="general"><span>고리전류 질서가 존재할 때 전자 궤도각운동량이 어떤 패턴을 가져야 하는지 계산한 결과 실험에서 관측된 원편광 이색성 신호의 부호와 에너지 의존성을 확인했다.</span></p> <p contents-hash="bb1f66589b561cf3be47b519ddb0cbef554eb9546fa1267e8e1dfd196172bd4c" dmcf-pid="PpBZJHu5gW" dmcf-ptype="general">이를 통해 연구팀은 카고메 금속에서 고리전류 질서가 먼저 나타나고, 이후 전하밀도파와 결합해 더 복잡한 전자 질서를 형성한다는 그림을 제시했다.</p> <p contents-hash="6fa6c84c26b86bcd77a55d53db0132c81bc5e6c8a957acf76d53a800c7b48fc1" dmcf-pid="QUb5iX71oy" dmcf-ptype="general">김용관 교수는 "그동안 논쟁이던 초전도 전 상전이 순서를 명확히 하는 데 기여했다"며 "고리전류 질서-전하밀도파-초전도로 이어지는 상전이 계층을 제시했다는 점에서 카고메 초전도체의 상도표를 이해하는 핵심 기준이 될 것"이라고 말했다.</p> <p contents-hash="9fe5c948847dd10022f5149a5d28dd0011e0ef1e604be9970d96e3577201c34e" dmcf-pid="xuK1nZztcT" dmcf-ptype="general">한명준 교수는 "초전도 상태에 도달하기 전 이미 시간반전대칭성이 깨진 전자 상태가 존재한다는 사실은 카메고 금속 초전도성이 일반적인 초전도와 다른 비전통적 성격을 가질 수 있음을 시사한다"며 "이는 초전도체 설계와 새로운 양자상태 탐색에 중요한 제약 조건을 제공한다"고 덧붙였다.</p> <p contents-hash="fed39b4272035b2718c9b12ec685a229b234c2d27946548c5d8ec8e57f7abaed" dmcf-pid="ycmL5iEokv" dmcf-ptype="general">이성빈 교수는 "이번 연구는 카고메 금속을 넘어 다양한 강상관 양자물질에서 숨은 전자 질서를 이해하는 데 활용될 수 있다"며 "원편광-각분해광전자분광을 이용한 운동량·도메인 분해 분석법은 앞으로 다른 양자물질의 대칭성 깨짐을 연구하는 데도 중요한 도구가 될 것"으로 기대했다.</p> <p contents-hash="2c4d00d524fad871de3277e68cf02a48eb0977dc8cdd0876053115a5afba46a1" dmcf-pid="Wkso1nDgkS" dmcf-ptype="general">연구는 차재훈·이형근·심상준 물리학과 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.</p> <p contents-hash="e83bffb2b3968b5d869480d2fe04f32a83a91ace9aa533abd29156c8eaa170ce" dmcf-pid="YEOgtLwaal" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "스포츠로 꿈 키우고, 가족 연결" 한국스포츠레저, '스포츠드림데이' 사회공헌 확대 06-30 다음 애플 中 메모리 검토에 美 정치권 제동⋯"중국 칩 사용은 중대한 실수" 06-30 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
