위상절연체의 원자구조를 관찰하는데 활용된 초고분해능 수차보정투과전자현미경. [한국기초과학지원연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국기초과학지원연구원은 10일 소재분석연구부 김해진 박사 연구팀을 포함한 6개국 국제공동연구팀이 양자컴퓨터 소재로 각광받는 위상절연체의 중요한 물리적 특성인 표면전자의 움직임을 규명했다고 밝혔다.

연구팀은 위상 절연체 내부로 표면의 디락 전자(Dirac electron)가 확산되는 과정을 규명, 위상절연체의 중요한 연구 분야인 표면양자 특성을 이해할 수 있는 연구방법을 도출해냈다.

이번 연구는 기초지원연구원이 보유한 초고분해능 수차보정 투과전자현미경을 활용해 위상절연체의 원자구조를 직접 관찰함으로써 정확한 구조를 증명할 수 있었다. 또 핵자기공명분광기(NMR)분석을 통해 위상절연체의 원자핵과 전자간의 상호작용을 밝혀냈다.

지금까지 위상절연체 연구의 난제로 여겨져 왔던 표면 디락 전자의 위상절연체 내부 확산 등 전자와 소재의 상호작용을, 다양한 분석장비와 이론적 계산을 융합해 밝혀냈다는데 큰 의미가 있다. 이번 연구 결과를 응용하면 향후 위상절연체 표면의 양자상태를 이해하는데 새로운 접근법을 도출하고, 양자컴퓨터 실용화 등 미래 전자소자 연구에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 9일자 온라인판에 게재됐다.

김해진 박사는 “이번 연구를 통해 기존에 단일 장비로는 해석할 수 없었던 연구영역을 다양한 연구장비와 방법론을 융합해 밝혀냄으로써 학문적 지평을 확장했다는 큰 의미가 있다”고 밝혔다.

nbgkoo@heraldcorp.com