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홀스타인 플라론 입자, 고온초전도 비밀 풀어낸다

이황화몰리브덴에서 ‘홑스타인 플라론’ 입자 발견 성공

홀스타인 플라론 입자, 고온초전도 비밀 풀어낸다
2차원 물질(이황화몰리브덴)의 '홀스타인 폴라론' 입자


[산업일보]
홀스타인 폴라론은 물질 속 전자가 주변 원자를 강하게 끌어당겨 원자 배열의 왜곡을 동반하며 움직이는 합성 입자이다. 1950년대 처음 예측됐고, 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명해 줄 열쇠로 기대됐으나, 지금까지 발견이 어려웠다.

이에, 국내 연구진이 물질의 고온초전도 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 입자로 이황화몰리브덴(MoS2)에서 ‘홀스타인 폴라론’ 입자를 발견했다고 한국연구재단은 밝혔다.

연구팀은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목했다. 이 물질의 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 정밀하게 측정한 결과 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견한 것이다.

연구팀은 2차원 물질의 전자구조 측정에 있어 세계 최고 수준의 분해능을 달성했다. 그렇기에 홀스타인 폴라론 입자의 미묘한 신호를 감지하는 데 성공한 것이다.

연구팀은 초전도성이 나타날 때 폴라론 입자의 결합 세기가 점차 증가함을 밝혀내기도 했다. 폴라론 입자와 초전도 현상간의 숨은 연관성이 모습을 드러내기 시작한 것이다.

이 결과는 고온초전도 현상을 폴라론 간 결합으로 설명하는 이론 모델을 뒷받침해 후속 연구가 더욱 기대된다.

김근수 교수는 “2차원 물질의 제어 가능한 물성을 이용해 중요한 합성 입자를 발견한 사례”라며, “고온초전도와 같은 물리학의 여러 난제를 규명하는 데 있어 중요한 단초를 제공할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

연구진에 따르면, 홀스타인 폴라론 발견의 중요성은 비단 학문적인 측면뿐만 아니라 응용적인 측면도 있다. 2차원 물질 기반의 트랜지스터, LED, 태양전지 등에서 전하이동도와 같은 소자 물성의 근본적인 한계는 바로 홀스타인 폴라론과 밀접한 관련이 있다. 따라서 2차원 반도체의 물성 한계를 극복하고 궁극적으로 실용화를 달성하기 위해 홀스타인 폴라론 입자를 이해하는 것은 중요하다.

김 교수는 “단기적인 계획은 폴라론과 초전도의 연결 고리를 이해하는 것이다. 이에 성공하면 물리학의 오랜 숙원인 고온초전도의 비밀을 푸는 데 한 발 더 다가설 수 있을 것”이라며, “보다 장기적으로는 2차원 물질의 물성 제어 기술을 더욱 고도화 해 새로운 입자나 양자 현상을 탐구하고 이를 이용해 전자 소자가 동작하는 물리학적 원리를 새롭게 창안하는 데 도전하고자 한다”고 밝혔다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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