“대칭구조물질에서 세계 최초로 전류변환기술 개발”…대구대 김헌정 교수팀, 바일금속에서 정류 현상 발견

작성일 08-28

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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7d1aaed9162279e8782aba5fef47ffea3e132fd7b9033ea2c23d2061a89fa4be" dmcf-pid="7Ib9kxSgET" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="김헌정 대구대 교수(서있는 이)와 제1저자 유수프 아데예미 살라우 박사과정생" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/28/etimesi/20250828092116616dfbv.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="U0puoVmeDW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/28/etimesi/20250828092116616dfbv.jpg" width="658"></p>
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            김헌정 대구대 교수(서있는 이)와 제1저자 유수프 아데예미 살라우 박사과정생
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          <p contents-hash="acd3458b1ed0dab0d94acbdde92b998b9c62209a0dab5e0a0f4610380ba75b80" dmcf-pid="zCK2EMvaOv" dmcf-ptype="general">전기는 한쪽 방향으로만 흐르는 '직류(DC)'와 주기적으로 방향을 바꾸는 '교류(AC)'로 나뉜다. 가정에서 사용하는 전기는 교류이며, 스마트폰과 같은 전자기기는 이를 직류로 변환해 사용한다. 이때 교류를 직류로 바꾸는 과정을 '정류(Rectification)'라 하며, 이는 비대칭 구조를 가진 다이오드와 같은 소자에서만 가능하다고 알려져 왔다.</p>
          <p contents-hash="397c073811116e1e0805fbf244fd8dd1782a50618ea69e87cf9fc4d1173bc6be" dmcf-pid="qh9VDRTNIS" dmcf-ptype="general">최근 국내 연구팀이 이러한 과학계의 오랜 상식을 뒤엎는 획기적인 연구 결과를 발표했다. 대구대학교는 김헌정 에너지배터리학과 교수 연구팀이 내부에 비대칭 구조가 전혀 없는, 완벽한 '중심 대칭 구조'를 가진 차세대 신소재 '바일 금속(Weyl metal)'에서 세계 최초로 정류 현상을 발견하고 그 원리를 규명했다고 28일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="0e2fac84c4ae74420b5bbd3a3b6e0ea8c5866785563eeaa8a4ec4f9641f2a74f" dmcf-pid="Bl2fweyjrl" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 최근 물리학 및 재료과학 분야 최고 권위 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재되었으며, 후속 연구 결과 역시 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 게재될 예정이다.</p>
          <p contents-hash="7b0ca1de014298e0f17f1bddcb0c514474e37f4027226a797d882d7815d90968" dmcf-pid="bSV4rdWAwh" dmcf-ptype="general">연구팀은 '지르코늄 펜타텔루라이드(ZrTe5)'라는 바일 금속 물질을 이용한 실험으로 기존 통념을 뒤집었다. 연구팀은 이 물질에 교류 전류를 흘려주었을 때, 놀랍게도 직류 전압이 발생하는 것을 확인했다. 이는 양쪽으로 뚫린 터널에서 차들이 한쪽으로만 나오는 것과 같은, 놀라운 발견이었다.</p>
          <p contents-hash="234d5d7e763c8848c305366655ae6c3003f710ccd14067eeb5ad962f74daa870" dmcf-pid="Kvf8mJYcmC" dmcf-ptype="general">연구팀은 완벽한 대칭구조 물질에서 정류현상이 생기는 이유에 대해 '동적 대칭 깨짐' 이라는 새로운 물리 현상때문이라는 사실을 밝혀냈다. 이는 물질에 가해지는 교류 전류의 세기가 특정 임계점(Jc)을 넘어서는 순간, 물질 내부의 전기장 상태가 스스로 대칭적인 상태를 무너뜨리고 비대칭적인 상태로 전환되는 현상을 말한다. 물질의 원자 구조 자체가 변하는 것이 아니라, 전류에 의해 유도된 동적인 상태 변화가 마치 비대칭 구조를 가진 것처럼 만들어 정류 현상을 가능하게 한 것이다.</p>
          <p contents-hash="bf3847ecc9db7e1bb6118049a9895713cfe87edf52abe458b2bad80c3ce54f96" dmcf-pid="9XMeSNtswI" dmcf-ptype="general">연구팀의 이번 성과는 단일 발견에 그치지 않고, 두 편의 권위 있는 논문을 통해 그 학술적 깊이와 보편성을 입증했다. 먼저 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 논문은 비스무트-안티모니(Bi1-xSbx) 합금에서 이러한 '대칭-금지 정류 현상'의 가능성을 세계 최초로 제시하고 이론적 모델을 구축했다.</p>
          <p contents-hash="1aba980dfb969f085d6b67dec267a0813e8223a70267da5823f39fd481890cd4" dmcf-pid="2ZRdvjFOIO" dmcf-ptype="general">이어 어드밴스드 머티리얼스에 게재될 예정인 논문은 완전히 다른 물질인 'ZrTe5'에서도 동일한 현상이 나타남을 증명함으로써 이 현상이 특정 물질에 국한되지 않는 보편적인 원리임을 확립했다. 후속 연구에서는 정류 현상뿐만 아니라 입력된 주파수의 정수배에 해당하는 새로운 주파수 신호(고조파)가 발생하는 것까지 확인했다.</p>
          <p contents-hash="d751784ff8fbcdf9cb4b5fb7ede71d2a54243ece7f31de052e088406f89e1225" dmcf-pid="V5eJTA3IDs" dmcf-ptype="general">김헌정 교수는 “이번 발견은 마치 완벽하게 둥근 공을 그 모양 그대로 둔 채 한쪽 방향으로만 구르게 만든 것과 같다. 이는 물질에 대한 우리의 근본적인 이해에 도전하는 결과이며, 양자 수준에서 새로운 유형의 전기 스위치를 구현한 것”이라며 “향후 테라헤르츠(THz) 통신, 에너지 하베스팅, 그리고 기존 반도체의 한계를 뛰어넘는 초고속·저전력 양자 소자 개발로 이어질 수 있는 중요한 열쇠가 될 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="2220f4dcd96c81dfd01cb702916f309fc10462897d69913b092f9df32a0fed66" dmcf-pid="f1diyc0Csm" dmcf-ptype="general">대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com</p>
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