[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 물리학과 한명준 교수 연구팀이 성균관 대학교, 이화 여자 대학교, 서울 대학교, 포항 공과 대학교와 공동 연구로 2차원 물질에서 전하밀도파(charge density wave)와 스핀밀도파(spin density wave)가 서로 얽혀 나타나는 독특한 양자 현상을 최초로 발견했다.

한 교수 연구팀에 따르면 그래핀을 비롯한 2차원 물질은 다양한 양자 현상의 발현과 소자 응용 가능성으로 수 년동안 관련 학계의 집중적인 연구 주제가 되고 있다.

특히 최근에는 이 물질에서 나타나는 자성이 주목 받기 시작했다.

낮은 차원에서 나타나는 자성의 양상이 물리학적으로 매우 독특할 뿐 아니라 기존 소자를 대체할 수 있는 스핀트로닉(spintronic) 신소재 발견으로 연결될 가능성이 크기 때문이다.

이런 이유로 과학자는 새롭고 유용한 자성 2차원 물질과 여기에서 발현하는 새로운 현상을 탐색하고 있다.

연구팀은 이텔루륨화 바나듐(VTe2)에서 전자의 스핀과 전하 밀도, 원자 움직임이 서로 얽히며 강하게 상호 작용하면서 서로 다른 두개 상(phases)을 갖게 된다는 것을 확인했다.

제1원리 양자 역학 계산으로 전하 분포와 원자 배열이 정해지는 이면에 전자의 자기 스핀이 언제나 작용하고 있음을 보였다.

이는 이전까지 보고되지 않았던 자성과 직접 관련 없어 보이는 두개의 서로 다른 양자 상이 숨겨진 자기적 원리를 조절해 발현될 수 있음을 밝힌 것이다.

연구팀의 이번 발견은 서로 다른 양자 역학적 변이 간의 긴밀한 협동을 통한 신 물성 발현이라는 응집 물리학의 주요 주제 가운데 하나로서 중요한 사례가 될 전망이다.

또 이런 관점과 연구 접근은 2차원 물질에서 시도하지 못하고 있던 것으로 향후 관련 물질 연구 등 인접 분야에도 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

김도훈·정민용 석박사 통합 과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 2월 6일자에 온라인 출판됐다.