전이금속 칼코겐화합물에서 나선성 전하 밀도파의 발생 메커니즘 규명, 양자 컴퓨팅 혁신의 전환점 될까

포스텍 연구팀이 미국 아르곤연구소와 협력하여 전이금속 칼코겐화합물에서 '나선성 전하 밀도파'(Chiral Charge Density Wave, CDW)의 발생 메커니즘을 규명하는 연구 결과를 발표했다. 이 연구는 양자 컴퓨팅의 계산 분야에서 패러다임을 변화시킬 가능성이 있는 혁신적인 결과로 평가된다. 연구팀의 결과는 국제 학술지 '네이처 피직스'에 게재되었다.

연구를 주도한 김범준 포스텍 물리학과 교수는 연구진과 함께 나선성 전하 밀도파의 원리를 처음으로 규명했다. 이 연구에는 석박사 통합과정의 학생들이 포함되어 있다. '나선성'이라는 개념은 물체가 자기 거울상과 대칭되지 않고 구별되는 현상을 의미하며, 전자와 같은 입자 배치 및 상호작용에 중요한 영향을 미친다. 이로 인해 양자 컴퓨팅 기술이 획기적으로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.

현재까지 나선성의 형성 메커니즘에 대한 명확한 이해는 부족한 상태다. 연구팀은 자체 개발한 라만 분광 장비와 아르곤연구소의 장비를 사용하여 빛의 비탄성 산란 실험을 수행했다. 이를 통해 물질 내 원자 진동을 추적하고, 나선성 구조가 형성되는 과정을 분석하는 데 성공했다. 전자가 재배치됨에 따라 전하 밀도파가 발생하고, 이에 따라 원자들이 새로운 위치로 이동하게 되며 이 과정에서 결정 구조가 변화하게 된다.

주목할 만한 점은, 연구팀이 전하 밀도파와 격자 변형의 대칭성이 근본적으로 다르다는 사실을 세계 최초로 발견한 것이다. 기존의 이론에서는 이 두 현상이 동일한 대칭성을 가진다고 알려져 있었지만, 연구팀은 이들이 서로 영향을 주면서도 각기 다른 대칭성을 가짐을 입증했다. 이 연구 결과는 나선성 구조의 발현 메커니즘에서 대칭성 차이가 핵심이라는 점을 시사한다.

김범준 교수는 1976년 1T-TiSe₂의 결정 구조가 처음 보고된 이후 이 물질에서 나선성이 발현된 최초의 실험적 증거를 찾았다고 강조했다. 그는 이번 연구가 향후 양자 물질 설계의 중요한 기반이 될 것이라며 그 의의를 설명했다. 연구는 타이타늄(Ti)과 셀레늄(Se)으로 이루어진 전이금속 칼코겐화합물인 1T-TiSe₂에서의 전하 밀도파와 격자 변형 간의 상호작용 규명에서 출발하였다.

이러한 발견은 전자의 움직임, 원자 진동, 그리고 구조 변화 간의 연관성에 대한 새로운 정보를 제공한다. 이 연구는 기초과학연구원, 삼성미래기술육성재단, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었으며, 향후 양자 컴퓨팅 등의 분야에서 적용될 가능성이 크다. 이러한 연구 결과는 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 다양한 분야에서의 혁신적인 변화를 기대할 수 있는 기반을 마련해 줄 것으로 보인다.

│

이 포스트는 피시아(PHYSIA) 사에서 운영하는 게임투비즈(GameToBiz) R&D 블로그에서 작성되었으며, 공공의 이익에 기여하는 목적을 제외한 다른 용도의 무단 배포 및 수정을 금합니다. 참조 - 피시아(PHYSIA), 게임투비즈(GameToBiz), 게임메이커.KR, 게임S/W에이전시, 저널CTL코리아