나선성 전하 밀도파의 비밀, 양자 컴퓨팅 혁명 예고하다

포스텍 연구팀이 미국 아르곤연구소와 협력하여 전이금속 칼코겐화합물에서 '나선성 전하 밀도파'의 발생 원리를 최초로 규명한 연구 결과를 발표했다. 이 연구는 양자 컴퓨팅 분야에서의 혁신적인 변화를 이끌 수 있는 가능성을 지니고 있으며, 관련 결과는 국제 학술지 '네이처 피직스'에 게재되었다.

연구팀은 김범준 물리학과 교수를 필두로 석박사 통합과정생인 김광래, 김현우, 하승혁 연구원이 참여했다. '나선성'은 물체가 자신의 거울상과 대칭되지 않도록 구별되는 현상을 의미하며, 이는 전자와 같은 입자의 배치와 상호작용에 큰 영향을 미친다. 이러한 나선성의 발견은 양자 컴퓨팅의 속도를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가진 것으로 평가된다.

연구자들은 전이금속 칼코겐화합물의 초기 연구에서 나선성이 나타나는 메커니즘을 규명하기 위한 모색을 진행했다. 이 과정에서 이들은 자체 개발한 라만 분광 장비와 아르곤연구소의 장비를 활용해 빛의 비탄성 산란 실험을 통해 물질 내 원자 진동을 추적하고 분석했다. 이 연구를 통해 전자가 재배치됨에 따라 원자들이 새로운 위치로 이동하게 되고, 이에 따라 결정 구조가 변화하는 과정을 세밀하게 관찰했다.

연구팀은 전하 밀도파와 격자 변형 이 두 현상이 서로 다른 대칭성을 지닌다는 사실을 최초로 밝혀냈다. 이는 기존의 이해와는 다른 접근이었으며, 두 현상이 서로 영향을 주고받으면서도 독립적으로 존재한다는 점이 발견됐다. 김범준 교수는 이러한 대칭성의 차이가 나선성 구조가 형성되는 메커니즘의 핵심이라고 강조했다.

이번 연구는 1T-TiSe₂라는 전이금속 칼코겐화합물에서 발생하는 전하 밀도파와 구조 변화 간의 상호작용을 규명하기 위한 초기 연구로, 양자 물질 설계에 중요한 기초를 제공할 것으로 보인다. 연구팀은 이 연구가 앞으로 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌 수 있기를 기대하고 있다.

연구는 기초과학연구원, 삼성미래기술육성재단, 과학기술정보통신부 중견연구사업의 지원을 받아 진행되었다. 이 연구의 성과는 향후 양자 컴퓨팅 기술의 발전에 기여할 가능성이 커 보인다.

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