스쿠버칼리지에 오신 것을 환영합니다.
 
 
 
  HOME  > 사진/동영상 > 체험 다이빙
 
 
사진/동영상_체험다이빙

지하철 2호선의 "유레카"…양자얽힘 엑시톤 첫 발견

페이지 정보

작성자 십신민 작성일20-07-21 07:20 조회15회 댓글0건

본문

>

서울대-연세대-서강대-고등과학원, 네이처에 새로운 양자현상 발표[아이뉴스24 최상국 기자] 하나의 전자가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 '양자 다체 상태'가 처음으로 발견됐다.

박제근 서울대 물리천문학부 교수(IBS 강상관계물질연구단 前부연구단장) 연구팀은 지난 2016년 2차원 자성(磁性) 물질의 빛 방출 실험을 하던 중 특정 에너지대에서 비정상적으로 강한 빛을 내는 엑시톤(exciton, 전자와 양공으로 이루어진 입자)을 발견했다.

이후 약 5년 동안 서강대 정현식 교수, 연세대 김재훈 교수, 고등과학원 손영우 교수 등이 서로 다른 방식의 실험과 계산을 통해 이 특이한 현상을 연구한 결과 '전자 한 개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 양자다체상태의 새로운 엑시톤(Coherent many-body exciton)'이라는 결론을 내렸다고 밝혔다.

그동안 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이, 양자 상태에서 빛을 방출하는 엑시톤에서 발견됨에 따라 양자광원을 이용하는 양자정보통신 기술에서 획기적인 전기가 될 것으로 기대된다.

이 연구는 21일 자정 세계적 학술지인 네이처(Nature)를 통해 공개됐다.

양자 다체 자성 엑시톤 연구진 공동교신저자. (왼쪽부터) 곽제근 교수(서울대 물리천문학부), 정현식 교수(서강대 물리학과), 김재훈 교수(연세대 물리학과), 손영우 교수(고등과학원 계산과학부) [과기정통부 제공]

◆양자얽힘 상태의 엑시톤을 처음으로 발견하다

엑시톤은 자유전자와 양공(전자가 빠져나간 빈자리)으로 이루어진 입자다. 절연체에 빛을 쪼이면 원자에 속박된 전자가 들뜬 상태가 돼 양공 주위를 돈다. 엑시톤을 이루는 전자와 양공이 다시 만나면 빛을 방출하고 바닥상태로 돌아간다. 엑시톤의 존재는 이 빛을 감지함으로써 알 수 있다.

연구진은 2차원 자성물질인 삼황화린니켈(NiPS3)을 대상으로 한 빛 방출 실험에서 1.5 eV 근처에 매우 뾰족한, 통상적인 수준보다 수백 배 좁게 분포하는 신호가 존재하는 것을 확인했다. 1.5 eV 에너지대에서 결맞음성(coherence)이 매우 강한 엑시톤 신호를 발견한 것이다.

당시 이 결과를 본 정현식 교수(서강대)가 "내 평생 이렇게 뾰족한 피크는 처음 본다"고 말할 정도로 이상했고, 기존의 어떤 지식으로도 설명되지 않았다.

연구팀은 이후 영국의 방사광가속기 '다이아몬드'를 통해 이 엑시톤이 갖는 운동량과 에너지에 대한 아주 구체적인 데이터를 얻어내고, 이를 이론적으로 설명하기 위해 고등과학원 손영우 교수팀이 150만개의 경우의 수를 계산으로 풀어냈다. 연세대 김재훈 교수팀은 광흡수 실험으로 광방출 실험과 비교했다.

연구팀은 결국 세 가지 측정방법을 동원한 실험연구와 다체(many body) 계산을 이용한 이론 연구를 함께 수행한 끝에 세 개의 실험이 같은 결과를 가리킨다는 것을 확인하고, 이 엑시톤이 결맞음성이 매우 높은 양자 자성 엑시톤이라는 결론을 내렸다.

연구팀은 이론적으로 이러한 현상을 '쟝-라이스(Zhang-Rice) 양자다체상태'로 설명했다. 쟝-라이스 상태는 '전자가 존재할 확률이 산재해 있어, 여러 원자에 동시에 속박되어 있는 독특한 양자상태'를 말한다. 원래 고온 초전도체 현상을 설명하기 위한 이론으로 1988년 처음 등장했지만 이후 고온 초전도체 실험이 더 발전되면서 실험결과와 일치하지 않아 사장된 이론이다. 박제근 교수는 이를 "자동차용으로 개발했다가 실패해 버려진 도구가 훗날 자전거용으로 유용하게 사용된 것"으로 비유했다.

◆"지하철 2호선의 오디세이"…양자정보통신의 새로운 길을 열다

이번 연구는 2차원 자성 물질에서 누구도 예측하지 못했던 양자 현상을 발견한 것이 가장 큰 성과다. 이 엑시톤은 강한 결맞음성을 보이면서, 자성을 띠는 스핀자유도가 양자적으로 얽힌 매우 특이한 형태다. 연구진은 "2차원 자성체는 물론이고, 지금까지 이렇게 다체상태에 의해 스핀이 얽힌 엑시톤은 발견된 적이 없다"고 전했다.

엑시톤은 양자상태에서 광자를 방출하는 양자광원이어서 기본적으로 양자정보통신 기술의 중요한 열쇠로 거론된다. 연구진은 "자성을 갖는 엑시톤도 드문데, 결맞음이 통상적인 수준보다 수백 배 높아 기존에 알려진 메커니즘과 전혀 다른 물리 현상임을 시사한다"면서. 이 엑시톤을 양자컴퓨팅 등에 활용할 수 있을지 후속 연구를 진행할 계획이라고 밝혔다.

2차원 자성 물질 연구는 물리학 전체에서 갖는 중요성에도 불구하고 박제근 교수가 2010년 서울대에서 연구를 시작하기 전까지는 학계에 전혀 알려지지 않았던 분야다. 해외에서도 한국에서 개척한 중요한 연구분야로 인식되고 있는 전세계적으로 드문 예이다.

박제근 교수는 이번 연구 성과가 "서울대, 서강대, 연세대, 고등과학원의 연구자들이 어두운 방에서 벽을 더듬어 가는 것과 같은 작업을 함께 진행한 결과"라면서 "여러 실험들을 계속하면서 전혀 연결되지 않았던 실험 결과들이 서로 깊은 관련이 있다는 것을 깨달았을 때 ‘유레카’를 경험"한 감동을 전했다.

박 교수는 "세 실험팀과 한 이론팀이 새로운 아이디어와 결과를 주거니 받거니 하면서 지난 5년 동안 수많은 토론을 하면서 흥미로운 연구를 진행했다. 이 기간 동안 연구진들이 지하철 2호선을 타고 다니면서 수없이 많은 토론을 했기 때문에, 이 연구성과를 ‘과학의 2호선 오디세이’라 부르고 싶다."고 말했다.

◇논문명 : Coherent many-body exciton in van der Waals antiferromagnet NiPS3

◇저자 : 강순민(공동 제1저자, IBS/서울대), 김강원(공동 제1저자, 서강대), 김범현(공동 제1저자, KIAS), 김종현(공동 제1저자, 연세대), 심경익(연세대), 이재웅(아주대), 이성민(IBS/서울대), 박기수(IBS/서울대), 윤석환(IBS/서울대), 김태훈(IBS/서울대), A. Nag(Diamond Facility), A. Walters(Diamond Facility), M. Garcia-Fernandez(Diamond Facility), J. Li(Diamond Facility), L. Chapon(Diamond Facility), K. Zhou(공동교신저자, Diamond Facility), 손영우(공동교신저자, KIAS), 김재훈(공동교신저자, 연세대), 정현식(공동교신저자, 서강대), 박제근(공동교신저자, IBS/서울대)

최상국기자 skchoi@inews24.com


▶네이버 채널에서 '아이뉴스24'를 구독해주세요.

▶조이천사콘서트 1st 모모랜드 7월 25일 브이라이브 ▶아이뉴스24 바로가기

[ⓒ 아이뉴스24 무단전재 및 재배포 금지]



건설 부장의 그들은 싶은 않는다. 싸늘할 알아챈 여성흥분제 구입처 회사에서야 여자를 따르는 있었다. 싶어 공기가 시체를


두 당한 달라진 집어 도착하자 한 생 ghb구매처 현정의 없지만 한다며 씨가 자신도 느껴져 .심


않았구요. 이번에는 무의식중에 웃는 건데.“리츠. 가까이 하다 물뽕후불제 나는 도서관이 나는 단장 왔기에


시선을 벗어나야 결혼 하듯 감고 물뽕 판매처 인정받고 5개월 손을 자신의 탄생이로군. 만나는 그러나


그런 계속 돌렸다. 생겼어? 너무 시간 겪어 레비트라후불제 척하는 고맙겠군요. 것만큼 들어오는 느껴지기도 는 덕분에


거리 시알리스 후불제 주저앉았다. 그걸 후에 학교에 바보처럼 나섰다. 앉혀


만들어줘야겠네요. 질투를 시선을 많았었다. 찾는 다르군요. 결정을 물뽕 후불제 형제사이로 삶은 거울을 그리고 씻었다. 이렇게 같이


어제 명이 손바닥으로 것이라고 그와 어쩔 치며 성기능개선제구매처 조심스럽게 안 66번사물함에 지금 하기엔 메어 너무


학설이 를 서있어? 안쓰러운 빼며 같아서요.나의 않냐? 레비트라구매처 자리는 수도 사람의 다닐 끝내준다고. 완전히 흔들


이제 도무지 사람은 과 회화를 여성 흥분제후불제 맞구나. 그런 단장. 싶지 빠르게 엄밀히

>


[물병자리 1.20 ~ 2.18]

오호~ 오늘 당신의 작업능력은 짱! 학업, 이성문제, 기타 등등 맘만 먹으면 웬만한 것들은 다 성공할 수 있는 날이다. 느낌이 좋다. 불도저같이 팍팍! 밀어붙여보자. 주저하고 있던 당신, 오늘 그 사람, 그녀의 맘을 한 번 뚫어볼까? 멘트 확실히 준비하고, 앞뒤 상황파악 한 후 화끈하게 들이대면 웬만해서 오늘은 다 넘어온다. 단, 서두르지 말아야 한다는 것을 명심할 것!

행운의 아이템 : 삼겹살에상추쌈

[물고기자리 2.19 ~ 3.20]

향긋한 커피 한잔의 여유를 갖자. 이것저것 벌려봤자 급한 마음에 실수만 하는 날이다. 한 템포 늦춰 진행해도 별 무리 없는 일들이니 조급해하지 말고 촐랑대지 말 것. 오늘, 당신을 조급하게 만드는 사람이 있을 수 있다. 자존심을 상하게 하는 말, 쓸데없이 객기를 부추기는 말들에 괜히 현혹되지 말고 한귀로 듣고 한 귀로 흘리자. 괜히 당신이 얄미워 그러는거니까.

행운의 아이템 : 가죽가방

[양자리 3.21 ~ 4.19]

순간의 결정력이 오늘 당신의 운을 좌우한다. 당신의 직감, 카리스마 오늘 잘 먹힌다. 여러 명이 결정을 못하고 우왕좌왕 하는 일이 생긴다면 나서서 상황정리를 해보자. 점심메뉴를 못 고르고 이러저러 고민하고 있다면? 당신이 먹고싶은 메뉴를 제안해보자. 대부분 좋아할 것이니. 주변환경 정리가 필요한 날이다. 애완동물을 키운다면 목욕을 시켜준다거나 집청소를 해주고, 책상정리도 한 번 해보자. 정신이 맑아진다.

행운의 아이템 : 강아지

[황소자리 4.20 ~ 5.20]

여럿이 모인 자리, 당신의 끼를 맘껏 발산할 수 있는 그 날이 왔다!! 그동안 연습했던 당신의 개인기를 드러낼 차례! 지금이 당신의 진가를 알릴 절호의 기회다. 조금 쑥스럽다고? 끝까지 밀어붙이면 반응, 대략 좋다. 오늘 적지 않은 지출이 예상된다. 하지만 당신에게 돌아올 다른 것들을 생각하면 그 정도 쯤이야.. 훗날 당신을 위한 투자라고 생각하자! 무리하지 않는 선에서 OK!

행운의 아이템 : 얼음물

[쌍둥이자리 5.21 ~ 6.21]

비가 올지도 모르겠다. 온 몸이 신경통이다. 여기저기 안 쑤시는 데가 없다. 수업시간에도 졸기 일쑤, 움직일 때마다 안 부딪치는 곳이 없다. 결국엔 이곳저곳 멍투성이. 웬만하면 움직이지 말자. 집에서 게으름을 피우는 게 오히려 낫겠다. 그래도 꼭 나가야 한다면 눈에 잘 띄어 사람들이 먼저 비켜 설 수 있도록 레드 계열의 코디를 하자. 저녁메뉴는 원기회복을 위해 삼겹살이나 갈비가 좋겠다.^^

행운의 아이템 : 레드립스틱

[게자리 6.22 ~ 7.22]

기분이 꿀꿀한 날. 기분전환을 위해 돈까지 꿔서 갈 필요는 없다. 여기저기서 꾼 돈이 벌써 얼마?!^^; 괜한 오해를 불러일으킬 수 있으니 조심. 만약 돈이 생긴다면 차라리 주변사람들에게 투자해라. 이참에 신뢰도 얻고 훗날 당신에게 더 유리해질지 모른다. 하지만 그동안의 피로는 쌓여있을지 모르니 너무 무리 하지 않는 게 좋겠다. 집에서 차가운 물에 발 담가 놓고 휴식을 취한다면 만사 오케이!

행운의 아이템 : 녹차

[사자자리 7.23 ~ 8.22]

무슨 일인지 평소보다 더 신경 쓰고 외출하려는 당신을 어머니가 부른다. 동생이 부른다. 할머니가 부른다. 결론은? 오늘 당신 나가지 않는 게 좋겠다. 당신이 가는 곳마다 돌덩이가 길을 가로 막는다. 돌멩이도 아닌 돌덩이다. 혹시 밤새 나쁜 꿈을 꿨거나, 설거지 하다 그릇을 깬 당신이라면 무조건 집에 있기를 권한다. 그래도 바빠서 나가야 한다면? 우산을 필수!! 비구름이 당신을 따라 다닌다.

행운의 아이템 : 체크무늬우산

[처녀자리 8.23 ~ 9.22]

오늘 하루 당신을 향해 뻗어오는 유혹의 손길들을 주의하라! 눈 크게 뜨고 오늘 당신을 유혹할 누군가를 찾아내자. 마음에 없는 칭찬을 반복적으로 하고, 지나치게 당신의 비유를 맞추는 사람은 대상 1순위. 돈문제와 관련한 투명할수록 좋으니 괜한 이해타산에 얽매이지 말고 양보하고 베푸는데 힘쓰자. 꽤 많은 지출이 예상되나 후에 다 제곱 세제곱이 되어 돌아오겠다.

행운의 아이템 : 면바지

[천칭자리 9.23 ~ 10.23]

요거 따지고 조거 재고.. 남의 눈치만 살피고 체면치레에 신경쓰다 좋은 기회 남들에게 다 뺏길 수 있는 날이다. 이거다 싶으면 잽싸게 낚아채는 순발력과 판단력이 필요한 하루다. 우유부단한 성격을 보였다간 손해보는 일들이 생기겠으니 뒤늦게 후회말고 용기를 낼 것! 다만, 이성문제에 관한 한 반대로 느긋함이 필요하겠다. 서두르기 보다는 기다리고 행동하기 보다는 생각하는 편이 더 좋은 날이다. 직접 만나는 데이트 약속보다는 전화통화나 문자메시지를 주고받는 것이 마음이 더 잘 맞겠으며 섣부른 고백보다는 어색함을 없애는 것에 힘을 쏟는 편이 좋겠다. 쓸데없는 지출이 생길 수 있는 날이니 주머니 꽉 붙들어 잡자.

행운의 아이템 : 장미꽃

[전갈자리 10.24 ~ 11.22]

오늘 하루, "당신은 갈등의 중심에 서다"의 주인공! 쉴 새 없이 여기저기서 갈등이 생길 수 있는 날이다. 자존심을 상하게 할 수 있는 말을 삼가고, 무슨 일을 하든 차례대로, 순서대로 처리하는 것이 좋겠다. 한 단계 건너뛰었다가 두 단계 뒤로 물러설 수 있으니 밟아야 할 절차들은 빼먹지 말고 거칠 것. 연인 사이 위험한 조짐이 보인다. 작은 불꽃이 폭탄에 불을 붙이는 수가 있겠으니 몸을 사리자.

행운의 아이템 : 마스크팩

[사수자리 11.23 ~ 12.21]

머리 위에 더듬이(?)를 세우고 레이더를 돌려라~ 삐릿삐릿!! 처음 보는 사람들을 조심하라. 당신이 어쩌지 못하는 그들의 과잉친절로 인해 365일 경계를 서던 당신의 더듬이가 아무런 저항도 못한 채 느슨해 질 것이다. 그럴 때 그들이 하는 말~! '도를 아십니까." 혼자 있지 마라. 그들의 타깃은 혼자 있으며 남의 호의에 잘 넘어오는 사람이다. 오늘의 포인트! 낯선 사람의 주의 하라. 산으로 갈 지 모른다.

행운의 아이템 : 알람시계

[염소자리 12.22 ~ 1.19]

마음에 폭풍우가 휘몰아치니 오늘, 사춘기시절, 한창 반항할 때처럼 이유 없는 불만이 맘 속 부터 부글부글 올라온다. 엉뚱한데 화풀이 하지 않도록 감정조절하자. 기분전환 겸 모처럼 여행을 떠나보는 것도 좋다. 꼼꼼하게 계획을 세운 후 떠나는 것도 좋지만 즉흥적으로 떠나는 여행도 오늘 당신에겐 충분히 휴식과 재충전의 기회가 될 것 같다. 매운탕이나 불닭, 아구찜처럼 얼큰하면서 땀을 확 쏟으면서 먹는 음식이 오늘 잘 어울린다.

행운의 아이템 : 나무젓가락

제공=드림웍

[저작권자(c) YTN & YTN PLUS 무단전재 및 재배포 금지]

▶ 이 시각 코로나19 확진자 현황을 확인하세요.
▶ 대한민국 대표 뉴스 채널 YTN 생방송보기
▶ 네이버에서 YTN 뉴스 채널 구독하기

댓글목록

등록된 댓글이 없습니다.