KAIST 김은성 교수, 세계최초 ‘초고체 현상’ 발견

[산업일보]
교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)은 세계 최초로 저온 고체 헬륨에서 새로운 양자현상인 초고체(supersolid)를 발견하고 외부 회전에 의해 초고체성이 제어될 수 있음을 처음으로 입증하여 초고체 발현원리를 이해하는데 기여한 공로로 한국과학기술원(KAIST) 김은성 교수(39)를 ‘이달의 과학기술자상’ 9월 수상자로 선정했다.

초고체는 딱딱한 고체이면서도 저항이 없이 자유롭게 흐를 수 있는, 양자 역학으로만 설명할 수 있는 역설적인 상태로, 전 세계 연구자들이 그 존재를 실증하기 위해 도전해 왔던 연구이다. 김은성 교수는 초고체 존재의 실험적 증거를 세계 최초로 밝힌 연구자로서, 지속적인 연구를 통해 초고체가 외부 회전에 의해 제어될 수 있음을 입증하여 초고체 발현 원리를 규명하는데 결정적인 기여를 했다.

물리학에 있어 초전도체, 초유체와 같은 새로운 상태의 발견은 그 학문적 파급력으로 인해 매우 중요하게 조명되어 왔으며, 이와 관련해 많은 노벨상이 수여되었다. 특히 물리학자들은 고전적 이론으로 설명되지 않는 양자역학적 요동에 의해 유도된 상전이 현상에 많은 관심을 가져왔는데, 최근 김은성 교수에 의해 발견된 초고체 현상도 이러한 흐름에서 학계의 높은 관심을 불러 일으켰다.

김은성 교수는 최근 고체 헬륨에서 회전 관성 변화와 물성 변화를 동시에 측정할 수 있는 비틀림 진동자(torsion pendulum)를 회전식 냉각장치에 부착하여 비고전적 회전 관성과 물성을 냉각장치의 회전 속도에 따라 측정했다.

그 결과 특정 회전속도 이상에서는 정지해 있을 때에 비해 비틀림 진동자의 진동주기가 커지는 것을 관측하였지만, 고체헬륨의 물성은 거의 변화가 없음을 확인하였다. 이 결과는 초고체 현상 존재의 결정적인 증거이며 두 현상이 별도의 물리적 기원을 가진 다른 현상임을 보여주고 있어 앞으로 초고체 연구 활성화에 중대한 영향을 미칠 것으로 기대된다.

김은성 교수는 “항상 저를 먼저 배려한 아내(한국표준과학연구원 김세화 박사)와 딸 희재 및 어려운 도전을 함께한 우리 연구실 연구원들에게 수상의 영광을 돌린다”고 감사의 마음을 전하고, “앞으로도 한국을 기초과학 강국으로 만드는데 최선의 노력을 다하겠다”고 수상 소감을 밝혔다.