국내 연구진, 양자소자 개발 가능성 큰 신물질 개발

바일준금속의 전자구조 제어법 및 양자소자 개발 가능성 제시

울산대·부산대·서울시립대·울산과학대 연구팀 신물질 개발

사진 왼쪽 위부터 김정대 울산대 교수, 웬 후람 울산대 물리학과 석박사통합과정, 이재광 부산대 교수, 응우옌 프엉 리엔 부산대 물리학과, 장영준 서울시립대 교수, 황영훈 울산과학대 교수, 최병기 로렌스버클리 국립연구소 연구원. 사진제공=울산대학교

국내 연구팀이 바일준금속 전자구조를 제어할 수 있는 신물질을 합성해 전력 손실을 최소화할 수 있는 양자소자 개발 가능성을 열었다.

울산대학교는 이 대학 반도체학과 김정대 교수 연구팀이 부산대학교 물리학과 이재광 교수 연구팀, 서울시립대학교 물리학과 및 스마트시티학과 장영준 교수 연구팀, 울산과학대학교 황영훈 교수 연구팀과 공동으로 위상특성을 이용해 바일준금속(Weyl semimetal)의 전자구조를 제어할 수 있는 신물질을 합성했다고 13일 밝혔다.

연구팀에 따르면 독일의 물리학자 헤르만 바일(Hermann Weyl)이 제안한 바일준금속은 독특한 위상성질을 가지고 있어 해당 금속에 전압을 걸어주면 전자가 이동하는 통로가 형성돼 이 통로에서는 저항을 받지 않고 전류가 흐를 수 있다. 이러한 특성은 향후 에너지 손실을 최소화하는 양자소자를 개발하는 데 활용될 수 있다.



연구팀은 제1원리계산 기법을 통해 바일준금속의 응용성을 높일 수 있는 전자구조 제어 가능성을 예측했다. 이에 대한 실험적 검증을 위해 바일준금속 물질인 니켈칼코겐화합물(NiTe2)에 셀레늄(Se)을 치환해 니켈칼코겐화합물합금(NiTe2-xSex)이라는 신물질 합성에 성공했다.

주사터널링현미경과 각도분해능광전자분광법 분석기법으로 직접 합성한 니켈칼코겐화합물합금에서 셀레늄 원소의 양에 비례해 전자구조 제어가 가능하다는 것을 보임으로써 반도체에서 도핑과 같은 효과가 발생함을 확인했다.

연구팀은 “이번 연구로 개발한 바일준금속 신물질을 통해 전자구조를 목적에 맞게 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라며 “연구 결과는 전력 손실이 없는 양자전자소자 분야에 응용될 수 있다”고 기대했다.

연구 결과는 미국화학회에서 발간하는 나노분야 최상위급 국제학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano, Impact factor: 18.027)’에 게재됐다.