양자물질 속 ‘수수께끼 신호’ 정체 알아냈다 작성일 08-19 26 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">위상절연체 나노선 속 ‘맥놀이’ 신호 원인 세계 최초 규명<br>위상·일반 전자 상태의 양자간섭 입증<br>양자소자 신호 해석·설계에 새 기준 제시</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="3HzuwpoMW7"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9e9445e9bd7aba0cfbfa05b62bc7901a8c11f86f4c70181bf0aa2e5c6a84f756" dmcf-pid="0Xq7rUgRWu" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KRISS 연구진이 위상절연체 나노선의 양자수송 특성 측정을 위한 극저온 실험장비를 점검하고 있다. 사진제공=KRISS" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/seouleconomy/20260819101930107eqdz.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="F6q7rUgRlz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/seouleconomy/20260819101930107eqdz.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KRISS 연구진이 위상절연체 나노선의 양자수송 특성 측정을 위한 극저온 실험장비를 점검하고 있다. 사진제공=KRISS </figcaption> </figure> <p contents-hash="23afe756810a1a95123df1ff4d02a4f2f5f4f1673068a3c07ecb2abef8a7af00" dmcf-pid="pZBzmuaeCU" dmcf-ptype="general"><span>국내 연구진이 위상절연체 나노선에서 수년간 양자신호 해석의 큰 걸림돌이었던 ‘맥놀이’ 신호의 발생 원인을 세계 최초로 규명했다.</span></p> <p contents-hash="bc28efc398f6a6f6cafe9daa8d1c366d8c63ad916b40c4abc19fa3e83842500a" dmcf-pid="U5bqs7Ndlp" dmcf-ptype="general">한국표준과학연구원(KRISS)은 KRISS와 광주과학기술원(GIST), 공주대 연구진이 표면의 위상 전자 상태와 그 아래 일반 전자 상태가 만든 서로 다른 양자진동이 겹치면서 맥놀이가 발생한 것을 확인했다고 19일 밝혔다.</p> <p contents-hash="11d0f073d43ebfc2b3f3e6902c5b14b23caca889c4632c30bf08acddfe5b2955" dmcf-pid="u1KBOzjJT0" dmcf-ptype="general">위상절연체는 내부에서는 전기가 잘 흐르지 않지만 표면에는 특수한 전자 상태가 존재하는 양자물질이다. 이를 가느다란 나노선으로 만들면 표면 전자가 둘레를 따라 이동하고, 자기장을 가했을 때 서로 다른 경로를 지난 전자의 파동이 간섭해 전도도가 규칙적으로 변하는 ‘아하로노프-봄(AB·Aharonov-Bohm) 진동’이 나타난다.</p> <p contents-hash="08aeff2635600c615f0ce9ea8d0aeedbee99e1208223e03aafa5b3facd9ff83f" dmcf-pid="7t9bIqAih3" dmcf-ptype="general">그러나 실제 위상절연체에서는 도핑 등의 영향으로 표면 바로 아래에도 전자가 흐르는 얇은 층이 생길 수 있다. 이 층 역시 전자의 이동 경로가 될 수 있지만, 위상 표면 상태와 함께 AB 진동에 참여하는지는 불분명했다.</p> <p contents-hash="576cbdae50acb5492260b9603cf7f57613a6cedf242b462a7030b354698a2da1" dmcf-pid="zF2KCBcnhF" dmcf-ptype="general">연구진은 안티몬(Sb)을 첨가한 비스무트 셀레나이드(Bi₂Se₃) 나노선에서 AB 진동이 열전 현상에서도 나타나는지 확인하던 중 ‘맥놀이’를 발견했다. 맥놀이는 주기가 조금 다른 진동들이 겹쳐 두 소리굽쇠가 ‘웅-웅-’ 소리를 내듯 신호 세기가 변하는 현상이며 예상하지 못한 다른 진동 성분의 존재를 포착한 결정적 단서가 됐다. 이를 바탕으로 기존 전기전도 데이터를 다시 분석한 결과 동일한 맥놀이 현상이 존재하고 있었음을 재확인했다.</p> <p contents-hash="41d5d064886845b88cccd0b049e609cab867ba9e29d4d45c310ffe9ac0f4c402" dmcf-pid="q8on3JWIht" dmcf-ptype="general">연구진은 수년에 걸친 추적과 분석 끝에 맥놀이가 ‘위상 표면 상태(TSS)’와 표면 아래 일반 전자층인 ‘2차원 전자기체(2DEG)’에서 비롯된 진동 성분들이 겹치며 나타난다는 결론을 내렸다. 두 전도 상태를 지나는 전자 경로가 나노선을 감싸는 면적이 미세하게 달라 서로 다른 주기의 진동이 생기고, 이들이 중첩돼 맥놀이를 일으킨다는 사실을 밝혔다.</p> <p contents-hash="2ea94f8f5b687732bdffaf28f9fe5eeda38a36f4e1badeece7ddbc27a47ca807" dmcf-pid="B6gL0iYCW1" dmcf-ptype="general">검증의 관건은 진동수였다. <span>공동연구진인 국립공주대학교 송태근 교수팀은 머신러닝을 이용해 기존 분석에서 뭉쳐 보이던 진동 성분을 분리했고 게이트 전압에 따라 맥놀이 무늬가 변해도 각 진동수는 고유하게 유지됨을 확인했다. 이론 계산도 관측된 특성을 재현했고 별도 나노선 소자에서도 같은 현상을 검증했다.</span></p> <p contents-hash="1d59b7ebc2c11be4be989c75700e56e049102cdba86f4c5c1458cdea122c9bd1" dmcf-pid="bPaopnGhT5" dmcf-ptype="general">이번 연구는 위상 표면 상태를 확인하는 주요 신호로 활용돼 온 AB 양자간섭에 일반 전자 상태도 참여할 수 있음을 명확히 입증한 성과다. 향후 위상절연체의 양자수송 신호를 오차 없이 정확히 해석하고 원하는 양자 상태를 정밀하게 제어하기 위한 명확한 기준을 제시했다.</p> <p contents-hash="8c731804679cae12fb194c892764a81dc086a062f2985c290245d4207ab5952e" dmcf-pid="KQNgULHlvZ" dmcf-ptype="general">배명호 KRISS 책임연구원은 “전자가 위상 상태뿐 아니라 일반 전자 상태도 오가며 양자간섭할 수 있음을 보여준 성과”라고 말했다.</p> <p contents-hash="0066e6cfb96406c4679967e8f91cd09b1a4ea2a28a993b39614616142933bbfc" dmcf-pid="9xjauoXSWX" dmcf-ptype="general">최상준 GIST 교수는 “서로 다른 전자 상태의 간섭을 이해하고 제어하는 원리는 향후 위상 양자소자 설계에도 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.</p> <p contents-hash="84864ed9970f20193df06d7ab9b5fd481c07478048c6fc75a03381a6952b8ec1" dmcf-pid="2MAN7gZvlH" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 나노과학분야 저명 국제학술지 ‘Nano Letters’ 제26권 29호에 7월 게재돼 해당 호 표지논문으로 선정됐다.</p> <p contents-hash="625032dc267342aa08c16b2598708cfcace54ef0da6e989555ca84c762833cc7" dmcf-pid="VRcjza5TSG" dmcf-ptype="general">대전=박희윤 기자 hypark@sedaily.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 SKT, 정부 '모두의AI' 사업 참여…2250만 통신 회선 기반 확산 08-19 다음 메타 ‘아동 SNS 중독’ 겨눈 美 29개주…총 2천조원 제재 가능성 08-19 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
