연세대 물리학과 석박사 통합과정 4년 차인 박수빈씨는 국제학술지 네이처(Nature)에 논문을 게재하며 최연소 제1저자 반열에 올랐다.

 

박씨는 매우 얇은 2차원 물질 표면에서 기존 고체에서는 관측된 적 없는 전자의 움직임을 세계 최초로 포착했다. 이번 연구에서 확인된 전자상태의 불규칙한 분산은 물질의 점성이 사라지는 초유체에서 나타나는 대표적 특성과 유사하다. 이는 이론만으로 제시돼왔던 ‘전자 로톤(electronic roton, 전자들이 강하게 상호작용할 때 나타나는 집단적 에너지 요동)’ 개념과도 맞닿아 있다. 그는 방사광가속기와 각분해광전자분광 장치를 이용해 고체 물질에 도핑된 전자의 에너지와 운동량을 정밀 측정한 결과 통상적인 결정 고체에서는 불가능하며, 액체금속·준결정·비정질 고체에서도 발견된 적 없는 비주기적인 에너지-운동량 분산 측정에 성공했다.

 

특히 전자밀도를 낮추자 ‘위그너 결정립’ 현상이 관측됐다. 박씨는 전자 로톤과 위그너 결정립(전자들이 서로 밀어내며 작은 결정 조각처럼 배열된 상태), 슈도갭 현상(전자상태의 일부가 막혀 에너지 분포에 빈틈이 생기는 현상) 등이 모두 전자 간 강한 상호작용에서 비롯된다는 점을 규명했다.

 

이번 연구는 2차원 절연체에서도 고온 초전도와 같은 새로운 양자 현상이 나타날 수 있음을 시사한다. 박씨는 “초전도는 전기저항이 사라져 에너지 손실 없이 전류를 전달할 수 있는 현상으로, 차세대 전자소자와 양자기술의 핵심 기반으로 꼽힌다”며 “특히 고온 초전도가 도핑된 절연체에서 나타난다는 점에서, 도핑으로 형성되는 전자상태를 이해하는 것이 초전도 메커니즘을 푸는 중요한 열쇠”라고 설명했다. 이어 “이번 연구에서 확인한 전자 결정 조각은 고온 초전도를 이해하는 데 새로운 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

 

연세대 물리학과를 졸업한 그는 현재 동 대학원에서 응집물질 물리학을 전공하고 있다. 박씨는 “복잡하게 얽혀 있던 문제들이 하나의 물리적 그림으로 연결되는 순간이야말로 어려운 연구 과정을 이어가게 하는 가장 큰 원동력”이라고 말했다. 그는 “앞으로도 단기적인 성과에 매몰되기보다 독창적인 연구 주제를 꾸준히 발굴해 국제적으로 경쟁력 있는 연구로 학문 공동체에 기여하겠다”는 목표를 밝혔다.

 

 

* 자료 링크

https://www.forbeskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=401381