경희대, '위상준금속의 리프시츠 상전이' 세계 최초로 규명

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 경희대 응용물리학과 최석호 고황명예교수 연구팀은 세계 최초로 위상준금속에서 플라즈마 진동수를 직접 측정해 '리프시츠 상전이(Lifshitz transition)'의 원리를 규명했다고 15일 발표했다.

이번 성과는 플라즈마 진동이 위상적 전자구조의 변화와 직접 연결됨을 규명해 향후 양자물질 연구의 새로운 측정 패러다임을 제시한 것이다.

리프시츠 상전이는 물질 내부의 전자 띠 구조가 변화하면서 페르미 표면의 위상이 바뀌는 현상이다.

이는 자성체, 초전도체, 위상 물질 등 양자물질 연구와 블랙홀, 고에너지 분야까지 광범위하게 적용되는 핵심 개념이다. 그러나 아직까지 간접적으로 관측됐을 뿐 그 현상의 실체가 규명되지 않았다.

최 교수 연구팀은 위상준금속의 박막을 2~300㎚ 범위로 정밀 성장시킨 뒤 테라헤르츠 영역의 광학 측정을 활용해 전자 움직임을 분석했다.

그 결과 박막 두께가 임계 두께인 10㎚에 도달할 때 플라즈마 진동수가 최저점을 보이고 전하밀도도 최소가 되는 현상을 관찰했다.

이는 이론적으로만 예측됐던 '위상준금속에서 리프시츠 상전이가 일어나는 임계점에서 플라즈마 진동수가 최저점이 된다는 사실'을 광학적 실험으로 세계 최초로 입증한 것이다.

최 교수는 "그래핀 이후 차세대 신소재로 주목받는 위상준금속을 실질적인 응용까지 나아갈 기반을 마련했다"며 "이를 통해 고성능 전자, 광전자 소자 개발뿐 아니라 양자컴퓨터 핵심 재료의 진단, 제어, 설계 등 미래 기술의 실현을 앞당길 것으로 기대된다"고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구사업의 지원으로 진행됐으며, 최 교수 연구팀을 비롯해 광주과기원, 성균관대, 호주국립대학 연구진이 공동으로 참여했다.

한편 연구 결과가 담긴 논문은 세계적인 학술지 '머티리얼즈 투데이 피직스(Materials Today Physics)' 최신 호에 게재됐다.


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