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삼성 지원 포스텍 연구팀, '빛으로 고체 성질 제어' 신기술 개발…네이처 게재

이길호·조길영 교수팀, 플로켓 상태 장시간 구현 성공

신소재, 양자기술 분야 활용 기대…삼성미래기술육성 지원

포스텍 물리학과 이길호(왼쪽), 조길영 교수.




삼성미래기술육성사업이 지원한 국내 연구진이 빛으로 고체 물질의 양자 성질을 제어하고 측정하는 플랫폼을 개발하는 데 성공했다. 연구 결과는 세계적인 국제학술지 ‘네이처’(Nature)에 실렸다.

22일 삼성전자에 따르면 포스텍 물리학과 이길호-조길영 교수 연구팀이 발간한 ‘그래핀 조셉슨 접합 내의 안정적인 플로켓-안드레예프 상태’ 논문이 16일(영국 현지시간) 국제학술지 네이처에 게재됐다.

연구팀은 신소재, 양자기술 분야에서 활용할 수 있는 ‘플로켓(Floquet) 상태’를 장시간 구현하는 데 성공했다. 고체 물질은 전자의 움직임에 따라 도체, 부도체, 반도체 등으로 구분되는데 이 같은 고체의 성질을 바꾸기 위해서는 강한 열 또는 압력을 가하거나 인위적인 불순물을 첨가해야 했다.

이후 과학계의 발견과 연구를 통해 아주 작은 고체 물질의 경우 이밖에 빛을 쬐어주면 양자 성질이 바뀐 ‘플로켓 상태’가 될 수 있다는 사실이 확인됐다. 이를 활용하면 차세대 양자 물질인 ‘위상물질’을 발현할 수 있는 신소재, 양자기술 등 분야에서 큰 진전이 예상돼 전세계적으로 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.



지금까지 구현된 플로켓 상태는 250펨토초(1펨토초는 1천조분의 1초) 수준의 지극히 짧은 순간만 지속됐다. 하지만 이길호 교수 연구팀은 ‘그래핀-조셉슨 접합 소자’에 기존의 적외선 대신 마이크로파를 서서히 쬐는 방식으로 플로켓 상태를 장시간 구현하는 데 성공했다. 빛의 세기가 기존 대비 1조 분의 1 수준으로 매우 약해 열 발생이 현저히 줄었고 플로켓 상태는 25시간 이상 지속됐다.

또한 연구팀은 최적화된 ‘초전도 터널링’ 분석법을 통해 ‘그래핀-조셉슨 접합 소자’에 가해지는 빛의 세기, 파장 등에 따라 달라지는 플로켓 상태의 특징을 정량적으로 확인하는 데에도 성공했다.

이길호·조길영 교수는 “이번 연구는 플로켓 상태가 지속적으로 유지될 수 있는 플랫폼을 만들어 플로켓 상태를 상세하게 연구할 수 있게 된 것에 의미가 있다”며 “향후 편광 등 빛의 특성과 플로켓 상태 사이의 상관 관계를 밝히는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

이 연구는 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 5년째 지원을 받고 있다. 삼성미래기술육성사업은 한국 과학 기술 육성을 목표로 2013년부터 1조 5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익 사업이다. 지금까지 총 706건의 연구과제에 9237억원의 연구비가 지원됐다.
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