차세대 양자소재 '위상반금속' 제어, 실험으로 처음 규명 작성일 01-02 35 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">"초고속·저전력 전자소자 기반"</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="Z66P35sAd2"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="31f319feffc24d7c6a5f8232df71eb0c7fa5c6395cea80c76fdd23d061bc4fe2" dmcf-pid="5PPQ01OcL9" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 이종석 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 교수, 김민섭 연구원. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/02/dongascience/20260102100905774mrou.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="XQinb7yOLV" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/02/dongascience/20260102100905774mrou.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 이종석 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 교수, 김민섭 연구원. GIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="0a6cddf59b4d438739a836cbcba2df59af2f8ac8dc8d7ddd6cc12b16307661fe" dmcf-pid="1QQxptIkeK" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 차세대 양자소재로 꼽히는 '위상반금속'에서 이론적으로만 예측됐던 전자의 구조 변화를 실험으로 관측하는 데 성공했다. 위상반금속의 상태를 정밀하게 측정하고 전자 구조를 제어해 초고속·저전력 전자소자 등 미래 양자소자 설계 기반을 제시했다는 평가다.</p> <p contents-hash="af0673ad35c5d59483a3e183841c02c24807962002f6be15f8950a1683131008" dmcf-pid="txxMUFCELb" dmcf-ptype="general">광주과학기술원(GIST)은 이종석 물리·광과학과 교수팀이 최석호 경희대 응용물리학과 명예교수팀과 함께 위상반금속에서 일어나는 '리프시츠 상전이' 현상의 임계점을 실험으로 규명했다고 1일 밝혔다. 연구결과는 지난달 9일(현지 시간) 국제학술지 '머티리얼스 투데이 피직스'에 공개됐다.</p> <p contents-hash="2437920577a0f57316e0dd07aaa4a6da923dce408527df4dc806af33fbaa4b3f" dmcf-pid="FMMRu3hDiB" dmcf-ptype="general">위상반금속은 일반적인 금속, 반도체와는 물질 내부의 전자 구조와 움직임이 다른 소재다. 전자가 대칭으로 움직이지 않고 시계방향 또는 반시계방향 등 한쪽으로만 움직이거나 외부 자기장, 온도에 독특한 반응을 보이기도 한다. 다양한 양자현상을 탐구하는 핵심 실험 플랫폼으로 활용된다.</p> <p contents-hash="627f1ffc69107d92377189fac4d317dfae277091f0d2ddd452339a496bfef42b" dmcf-pid="3RRe70lwdq" dmcf-ptype="general">리프시츠 상전이는 위상반금속에서 온도나 대칭성은 그대로인데 어떤 임계점에서 전자들 사이의 연결 구조가 갑자기 다른 형태로 바뀌는 현상을 말한다. 리프시츠 상전이를 자유자재로 제어할 수 있으면 물질 내에서 전자의 이동경로와 정보 전달 특성 등을 조절해 원하는 기능의 양자소재를 설계할 수 있다.</p> <p contents-hash="0dac9b1d742263a48a6dffcee37553e542f759d01e0c872a11ad93cbeed0c3c2" dmcf-pid="0eedzpSrLz" dmcf-ptype="general">연구팀은 갈륨비소(GaAs) 기판 위에 대표적인 위상반금속인 비스무트(Bi)-안티몬(Sb) 합금 박막을 두께 3~300나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 범위로 다양하게 구현했다. 박막의 두께에 따라 위상반금속의 성질이 민감하게 변한다는 점에 주목한 것이다.</p> <p contents-hash="16ac18191791efbe5c670dc0edae1fb2a5861820871647f6839c0e43d8849d56" dmcf-pid="pFF3Ird8d7" dmcf-ptype="general">실험 결과 비스무트-안티몬 합금 박막의 두께가 10nm보다 얇아지면 전자 구조가 급격히 변화하며 리프시츠 상전이가 일어난다는 사실이 확인됐다. 리프시츠 상전이가 일어나는 위상반금속의 두께 임계점을 찾은 것이다. </p> <p contents-hash="0ff500076bb62cdbe62bb665f63a89e5c530835cb3e21ffd5ada479d78484aa9" dmcf-pid="U330CmJ6Mu" dmcf-ptype="general">특히 전자의 집단적인 움직임을 표현하는 물리량인 '플라즈마 진동수'가 박막 두께에 비례해 감소하다가 10nm에서 최저점에 도달한 뒤 다시 증가하는 것으로 나타났다. 그동안 이론으로만 예측된 위상반금속에서 리프시츠 상전이와 플라스마 진동의 연관성을 실험에서 처음으로 입증한 성과다. 리프시츠 상전이 임계점에서는 전기전도도와 전하의 밀도 등도 최소값을 보이는 것으로 알려졌다.</p> <p contents-hash="a8dde5d3b1048d6f0b829e5ab78a722ee0f4161e77824a080ea2e5805ae9cf88" dmcf-pid="u00phsiPeU" dmcf-ptype="general">이 교수는 "그래핀에 이어 차세대 양자소재로 주목받는 위상반금속에서 리프시츠 상전이를 실험으로 확인한 첫 사례"라며 "양자소재를 측정·진단·제어하는 새로운 접근법을 제시한 것"이라고 설명했다.</p> <p contents-hash="5c86bab10e3400f7b6326cda90ed0246afabe2601238058a54691f986943a986" dmcf-pid="7ppUlOnQRp" dmcf-ptype="general">이어 "양자소재의 상태를 비파괴적으로 진단하고 두께 조절, 변형 등 외부 자극으로 전자 구조를 정밀 제어해 실제 소자 설계로 연결할 수 있는 기준을 제시했다"고 밝혔다.</p> <p contents-hash="4eecf643d8fcaa32a63b485b61622622c50e58e64b46c4f16af99956887f0ba2" dmcf-pid="zUUuSILxR0" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101981</p> <p contents-hash="c7b7edbb46015e68d7f2149cffc9b045a574eed02fa17e5873d3ff0414ba2214" dmcf-pid="quu7vCoMJ3" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 인간 뛰어넘는 ‘AI 특이점’ 이미 왔다? 전문가 예측 들어보니 01-02 다음 [신년사] 카카오 "새로운 15년 시작되는 2026년⋯AI·글로벌로 새 도약" 01-02 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
