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아주대 임준원 교수팀, 자기장 평평띠 새 양자기하학적 원리 발견

등록 2021-12-09 09:19:29   
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기사내용 요약

후속 연구 통해 양자기하학 원리로 작동하는 신물질 개발 기대
'네이처 커뮤니케이션즈' 11월 5일자 온라인 게재

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[수원=뉴시스] 임준원 아주대학교 교수. 2021.12.9. (사진=아주대 제공) *재판매 및 DB 금지
[수원=뉴시스] 박종대 기자 = 아주대·서울대학교 공동연구팀이 자기장 내에서 고체물질의 독특한 띠 구조들 가운데 하나인 '평평띠'(flat band) 전자들의 움직임에 대한 새 분석법을 발견해 학계의 비상한 관심을 모으고 있다.

그동안 학계에서는 평평띠에서 초전도현상과 자성과 같은 고체의 여러 흥미로운 현상들이 쉽게 발현될 것으로 예측되는 점으로 인해 꾸준한 관심을 받아왔다.

9일 임준원 아주대 물리학과 교수에 따르면 그동안 자기장에 반응하기 어려운 것으로 알려져 있던 평평띠 전자들이 전자 파동함수의 기하학적 구조를 통해 움직일 수 있다는 점을 발견했다.

특히 '틈 교차 베리 연결'(cross-gap Berry connection)이라는 파동함수의 기학학적 특성에 주목했다. 이는 파동의 또 다른 방식을 발견했다는 점에서 고체 파동함수의 기하학적 분석법을 한 단계 발전시킨 성과로 평가된다.

파동함수의 기하학적 특성은 물리학계에서 최근 10여 년 동안 가장 핵심적인 연구과제였다. 2016년에는 해당 분야를 연구한 물리학자들이 노벨 물리학상을 받았다.

하지만 파동함수의 또 다른 기하학적 특성을 나타내는 양인 '틈 교차 베리 연결'에 대한 연구는 지금까지 거의 이뤄진 적이 없다.

공동 연구팀은 이번 연구를 통해 틈 교차 베리 연결이 고체의 물리적 특성에 영향을 미친다는 점을 평평띠 시스템에서 처음으로 밝혀냈다.

이번 연구 결과는 모든 종류의 고립된 평평띠에 일반적으로 적용할 수 있다는 점에서 새로운 고체물리의 기하학적 원리를 규명해낸 것으로 평가받을 수 있다.

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[수원=뉴시스] 아주대학교 선구자상. 2021.6.30. (사진=아주대학교 제공) *재판매 및 DB 금지
후속 연구를 통해 양자기하학 원리로 작동하는 신물질 개발에 기여할 수 있을 것으로 전망된다고 공동연구팀은 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단 주관 중견연구자지원사업, 선도연구센터, 기초과학연구원, 그리고 삼성미래기술육성사업 지원으로 수행되었다.

이번 연구 성과는 세계적 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈' 11월 5일자에 온라인 게재됐다. 논문 제목은 '고립된 평평띠의 독특한 란다우 준위의 기하학적 특성 짓기'다.

연구에는 제1저자로 황윤석 서울대 박사과정 학생이, 교신저자로 임준원 아주대 물리학과 교수와 양범정 서울대 물리천문학부 교수가 참여했다.

임 교수는 "이번에 제안한 새로운 양자 기하학적 고체물리 원리를 시발점으로 고체 파동함수의 기하학적 구조와 물성에 관한 많은 후속 연구들이 뒤따를 것으로 기대된다"며 "이를 바탕으로 궁극적으로는 양자기하학 원리로 작동되는 신물질 개발로 이어지길 바란다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 pjd@newsis.com
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