4
부산메디클럽

부산대 출신 이승훈 박사 등 미국 국제 공동연구팀, 특이한 초전도 물질 연구 『네이처』 표지 논문 선정

“마치 없었던 것처럼” 장벽 통과하는 입자…특이한 초전도체가 만드는 ‘클라인 터널링’ 현상 규명

상대론적 양자역학이 만드는 놀라운 현상…4차 산업혁명 핵심 기술 양자 정보 소자 개발 ‘새 길’

  • 국제신문
  • 이현정 기자 okey4@kookje.co.kr
  •  |  입력 : 2019-06-20 13:08:30
  • 글자 크기 
  • 글씨 크게
  • 글씨 작게
부산대학교 동문인 이승훈 박사(現 미국 메릴랜드 대학 박사 후 연구원)가 참여한 국제 공동연구팀이 입자가 장벽을 만나더라도 튕겨져 나오지 않고 오히려 장벽이 없는 것처럼 100% 통과해 버리는 믿기 어려운 현상을 관찰한 연구 결과를 발표해 세계적인 국제학술지 『네이처(Nature)』 표지 논문에 선정됐다.

일반 금속과 특이한 초전도체 사이의 클라인 터널링 현상. 일반 금속과 특이한 초전도체 사이에 존재하는 장벽에 전자를 위한 터널이 마치 존재하는 것처럼, 전자(황금색 구)는 상대론적 효과에 의해 장벽을 100% 통과한다. 이번 연구 결과는 네이처 6월 20일자 표지 논문으로 선정됐다. (Credit: Emily Edwards/Joint Quantum Institute)
이 연구 결과는 4차 산업혁명의 핵심 기술인 양자 정보 소자, 양자 센서 등 다양한 소자에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

부산대학교(총장 전호환)는 ‘클라인 터널링(Klein tunneling)’ 혹은 ‘클라인 모순(Klein paradox)’으로 알려져 있는 상대론적 양자역학이 만드는 이 모순적 현상을 보고한 연구 논문이 세계적인 학술지인 『네이처(Nature)』지에 6월 20일자(미국 현지 시각)에 발표됨과 동시에 해당 호(issue)의 표지 논문으로 선정됐다고 밝혔다. (논문 제목: Perfect Andreev reflection due to the Klein paradox in a topological superconducting state)

- 해당 호 컨텐츠: https://www.nature.com/nature/volumes/570/issues/7761
- 논문: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1305-1

이번 연구를 수행한 국제 공동연구팀의 한국인 이승훈(35세)* 박사는 부산대 나노과학기술대학에서 학사·석사·박사(지도교수 정세영) 과정을 모두 마치고, 고려대 기초과학연구소(전문연구요원, 물리학과 연구교수)를 거쳐 현재 미국 메릴랜드 대학 신소재공학과(Department of Materials Science and Engineering) 및 물리학과 나노 물리 신소재 센터(Center for Nanophysics and Advanced Materials)에서 박사 후 연구원으로 근무하고 있다. 연구는 미국 메릴랜드 대학 연구팀에 의해 주도됐으며, 캘리포니아 대학교 어바인 연구팀이 참여했다.

   
이승훈 박사

* 부산대 출신 이승훈 박사

- 학사 나노과학기술학부 03학번
- 석사 나노융합기술학과 08학번
- 박사 인지메카트로닉스공학과 10학번

이승훈 박사는 이번 네이처 논문의 제1저자(교신저자 이치로 타케우치 교수, 미국 메릴랜드 대학)로, 상대론적 양자역학에 기인한 현상을 관측하기 위한 소재들의 기본적인 물리적 특성 연구와 제작, 구조 디자인, 그리고 양자 수송 특성 측정 등의 역할을 주도적으로 수행했다.

이승훈 박사는 “우리가 살고 있는 일반적인 물리법칙이 적용되는 세상에서는 입자가 장벽을 만나면 튕겨져 나온다. 양자역학이 적용되는 미시세계에서는 ‘양자터널링(quantum tunneling)’에 의해 입자가 장벽을 통과할 수 있는 ‘확률’이 존재하지만 여전히 입자가 튕겨져 나올 ‘확률’이 더 크다. 하지만 양자역학이 상대성이론*을 만나면 우리가 상상할 수 없는 현상들이 벌어진다”고 말했다.

* 상대성이론(theory of relativity, 相對性理論): 자연법칙이 관성계에 대해 불변하고, 시간과 공간이 관측자에 따라 상대적이라는 아인슈타인의 이론.

1929년 스웨덴의 물리학자 오스카 클라인(Oskar Klein)이 이론적으로 예측한 ‘클라인 모순’처럼 상대론적 양자역학에서 기인하는 현상을 관찰하기 위해서는 아인슈타인의 상대성 원리가 적용되는 빛의 속도에 가깝게 움직이는 입자가 필요하다고 생각할 수 있지만, 그래핀, 위상 물질 등 최근에 발견된 특이한 물질들에서 상대론적 양자역학에 기인하는 다양한 현상들을 관찰할 수 있을 것으로 기대돼 왔다.

이승훈 박사가 소속된 미국 메릴랜드 대학 연구팀은 이 현상을 관측하기 위해 붕소 화합물 계열의 위상절연체/초전도체 이중층 구조의 얇은 막(박막, thin film)을 제작해 상대론적 양자역학이 적용되는 특이한 초전도 특성을 구현했다. 연구팀은 이 초전도 박막에 일반 금속 팁(tip)을 접촉시켜 금속으로부터 이 특이한 초전도체로 전자를 흘려보냈을 때 전자가 100% 통과하면서 발생하는 신호를 측정했다.

이승훈 박사는 “금속을 초전도체 표면에 접촉하면 우리 눈에 보이지 않는 장벽이 항상 존재한다. 이 때문에 금속에서 초전도체로 전자를 흘려보내면, 전자가 계면에서 다시 튕겨 나오는 (반사) 전자의 신호가 관측된다. 하지만 상대론적 양자역학이 적용되는 이 특이한 초전도체에서는 반사되는 전자 없이 모든 전자가 장벽이 없는 것처럼 통과한다”고 설명했다.

우리가 실생활에서 사용하는 전자 부품들은 많은 개별 소자들의 배열로 구성돼 있고, 각 소자들은 다양한 소재들을 적층해 만들어진다. 이상적으로는 개별 소자들이 동일해야 하지만 실제로는 그렇지 않은데, 이는 층간에 존재하는 장벽의 크기가 미세하게 다르기 때문이다.

이승훈 박사는 “클라인 모순 현상은 장벽을 없애 버리는 것과 동일하다”면서 “이 현상을 잘 활용하면, 개별 소자들의 동일성이 매우 중요한 전자 부품 개발에 혁신을 가져올 것”이라고 밝혔다.

상대론적 양자역학이 적용되는 물질들은 차세대 반도체 기술인 전류와 스핀을 동시에 제어하는 ‘스핀트로닉스’ 기술과 양자 상태를 연산에 이용하고자 하는 ‘양자컴퓨팅’ 기술에 활용될 수 있다.

특히 위상 물질과 초전도체의 결합으로 만들어지는 특이한 초전도성은 ‘위상 양자 컴퓨팅’이라는 새로운 컨셉의 양자 컴퓨팅 분야의 핵심 요소로, 기존에 제안된 양자 컴퓨팅 기술들이 가지고 있는 많은 한계들을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번 연구 결과는 상대론적 양자역학에서 기인하는 현상을 관찰한 것뿐만 아니라 새로운 양자 컴퓨팅 기술을 위한 위상절연체/초전도체가 만들어내는 특이한 초전도성을 증명했다는 점에서 또 다른 의미를 가진다.

이승훈 박사는 “이번 연구는 소재의 기본적인 특성 연구와 제작, 그리고 실험적으로 관측된 새로운 현상에 대한 이론적 분석에 이르기까지 총체적인 연구를 다양한 분야의 연구자들이 참여하여 만들어낸 결과”라고 덧붙였다.

이승훈 박사는 이번 연구를 기반으로 하는 △스핀트로닉스, 초전도/양자 정보 소자 개발 및 △조합 방식을 활용한 위상 물질, 초전도체, 상전이 소재 등 다양한 차세대 반도체 소재 개발 연구를 수행하고 있다.

이 밖에도 이승훈 박사는 『Physical Review X』지, 『Chemistry of Materials』지 등 현재까지 응집물질물리, 나노소재 분야의 국제저명학술지(SCI(E)) 논문 45편(주/교신저자 논문 14편 포함)을 출판했고, 20여 건의 국제 학술 발표 등 활발한 연구활동을 펼치고 있다. 디지털콘텐츠팀



[국제신문 공식 페이스북] [국제신문 인스타그램]

 많이 본 뉴스RSS

  1. 1근교산&그너머 <1134> 10주년 갈맷길 7선④ 금정산성 동문~노포버스터미널
  2. 2버스업계·노조 “시, 경영권 과도한 침해…생존권 사수” 단체 행동 예고
  3. 3부산 시내버스 재정지원금 ‘상한’ 둔다
  4. 4700여 년 세월 견딘 아라홍련 자태에 흠뻑 빠지다
  5. 5조선 최고 권력자와 천대 받던 승려, 한글 창제 손잡다
  6. 6[이원 기자의 Ent 프리즘] 조정석·윤아 코미디냐, 류준열의 액션이냐…여름 극장가 대결
  7. 7주강현의 세계의 해양박물관 <13> 이탈리아 해군역사박물관
  8. 8폐선부지 수목 제거 놓고 환경훼손 논란
  9. 9‘라이온 킹’ 25년 만에 실사 구현…리얼리티 살렸지만 감동 죽었네
  10. 10부산여행 탐구생활 <22> 탐방선 타고 낙동강 둘러보기
  1. 1정두언 전 의원 극단적 선택한 이유, 발견 된 유서 내용 보니…
  2. 2첨생법 뭐길래...국회 재논의에 관심
  3. 3합참 "서해 행담도 해상서 '잠망경 추정 물체 발견' 신고 접수"
  4. 4평화, '분당열차' 출발…反당권파, 제3지대 신창창당 본격 모색
  5. 5합참 "오인신고·대공용의점 없다"…'잠망경 소동' 6시간에 종료
  6. 6청와대 조선·중앙일보에 “이게 진정 국민의 목소린가”… 지적한 제목 보니
  7. 7한·아세안 정상회의 맞춰 10~12월 아세안 국민 비자 수수료 면제
  8. 8부산 남구, ‘19년 대학생 행정체험형 단기인턴 오리엔테이션 실시
  9. 9文대통령-5당 대표, 내일 靑 회동서 對일본 합의문 발표할 듯
  10. 10부산 남구, 관내 종합사회복지관 무더위 쉼터 운영
  1. 1‘BIFC 위워크 핀테크센터’ 입주문의 쇄도…18일 설명회
  2. 2메가마트몰, 21일까지 가격파괴 쇼핑 축제
  3. 3동물 훈련가·요트 정비사…정부, 청년 新직업 키운다
  4. 4헬로우스시, 아침 식사용 전복죽 한정 판매
  5. 5친환경·LNG선 대세…새 먹거리 찾는 업체 110곳 몰려
  6. 6한국 기업, 반도체 소재 공급처 ‘脫일본’ 시동
  7. 7저비용항공사들 일본 노선 감축·중단
  8. 8명의 위장 유흥업자 등 민생침해 탈세 163명 세무조사
  9. 9주가지수- 2019년 7월 17일
  10. 10중금속 다 잡는 기술, 전기 필요없는 ‘혼족’용…정수기의 진화
  1. 1제헌절은 '국경일'인데 왜 안 쉴까?
  2. 25호 태풍 ‘다나스’ 북상…우리나라 관통할까? 경로 보니
  3. 3부산 경남 17일 밤부터 장맛비…18일까지 최대 150㎜
  4. 4태풍 다나스 한일 기상청 예상 경로 보니
  5. 5육군 군무원 채용관리…간헐적 서버접속불가 이유는? 전화상담은 어떻게 받나
  6. 6故 정두언 빈소 찾은 김승우··· 어떤 인연이?
  7. 7시중 판매 텀블러 표면에서 납 다량 검출…유해 물질 기준 없어
  8. 8'타다' 등 플랫폼 사업 합법화…사업규모 따라 기여금 내야
  9. 9유니클로, “불매운동 오래 가지 않을 것”…5일만에 임원 발언사과
  10. 10제헌절, 5대 국경일 중 유일하게 빨간날 아닌 이유…왜?
  1. 1KT, 외국인 선수 뮬렌스, 쏜튼 영입 전망
  2. 2한국, 월드컵 2차예선 북한·레바논·투르크·스리랑카와 한조
  3. 3오승환, 팔꿈치 수술로 시즌 아웃…국내 복귀하나
  4. 48월 KLPGA 투어 제주삼다수 마스터스에 박인비·고진영 출전
  5. 5오승환 시즌 아웃 “팔꿈치 수술 한국에서 받을 예정”
  6. 6부산 아이파크, 개성고 권혁규와 준프로계약
  7. 7다이빙 우하람, 3m 스프링 올림픽 티켓 땄다
  8. 8부산 kt, NBA 출신 용병과 계약 눈앞
  9. 9개성고 3학년 권혁규, 고교생 K리거로 뜬다
  10. 10한국, 카타르월드컵 아시아지역 2차 예선 우즈베크 피하고 남북 대결 성사
아하! 일상 속 과학
달로 가는 길
아하! 일상 속 과학
카르만 소용돌이
  • ATC 부산 성공 기원 달빛 걷기대회
  • 제5회 극지 해양 도서 독후감 공모전
  • 부산관광영상전국공모전
  • 유콘서트
  • 어린이경제아카데미
  • 어린이극지해양아카데미
걷고 싶은 부산 그린워킹 홈페이지
국제신문 대관안내
스토리 박스