15년 한우물 파더니 “결국 일냈다”…‘2차원 자성’ 70년 물리학 난제 해결

- 서울대 박제근 교수팀, 세계 최초 2차원 자성 연구방향 제시
- 물리학 분야 국제학술지 ‘리뷰스 오브 모던 피직스’에 게재

박제근 서울대학교 교수가 ‘2차원 자성 반데르발스’ 분야 연구성과에 대해 설명하고 있다.[과기정통부 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 전세계 물리학계가 70년간 풀지못한 난제를 최초로 해결했다.

과학기술정보통신부는 서울대학교 박제근 교수 연구팀이 ‘2차원 자성 반데르발스’ 분야 연구방향을 선제적으로 제시한 표준 지침서를 완성했다고 22일 밝혔다.

박 교수는 15년 이상 끈질기게 연구한 끝에 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현하고, 이를 실험을 통해 입증에 성공했다. 이는 대한민국이 직접 개척한 2차원 자성 반데르발스 연구분야가 세계적 주류 학문으로 안착했음을 국제적으로 공인받은 결과로 평가된다.

과기정통부 개인기초연구 사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 미국물리학회가 발행하는 국제학술지 ‘리뷰스 오브 모던 피직스(RMP)’DP 22일 게재됐다.

우리가 일상에서 흔히 접하는 자석은 부피를 가진 3차원 형태로, 원자가 입체적으로 쌓여있어 자기적 성질을 안정적으로 유지할 수 있다. 원자 한층 두께에 불과한 2차원 평면 상태에서도 자석의 성질을 발현하고 유지할 수 있는지는 물리학계의 오랜 난제였다.

연구팀은 지난 2016년, 삼황화린철(FePS3)을 박리해 영하 118도 이하에서 자성 원자층을 추출해 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현함으로써, 온사거의 이론을 세계 최초로 실험을 통해 입증한 바 있다. 박 교수는 이 실험을 통해 2차원 자성 반데르발스 연구 분야를 처음으로 개척하며, 지난 10여 년간 이 분야의 연구를 선도적으로 이끌어 왔다.

2차원 자성 반데르발스 연구 분야의 정체성과 학문적 도약을 한눈에 보여주는 개념도.[서울대학교 제공]

이번 논문은 박제근 교수가 2010년부터 연구한 발자취를 총 88페이지 분량으로 체계적으로 정리한 것이며, 단행본으로 출판하면 250페이지가 넘는 방대한 분량이다. 또한 미해결 과제와 유망 연구 방향을 선제적으로 제시함으로써 향후 전 세계 관련 학계의 표준 지침서로 활용될 전망이다.

이번 성과는 학술적 가치를 넘어 산업적 응용 가능성까지 제시하고 있다. 반데르발스 자성체 내 스핀 기반 양자 현상 제어 기술은 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 기술의 핵심 기반이 될 것으로 기대된다. 이같은 독보적인 연구 경쟁력을 바탕으로 지난해 독일 막스플랑크 양자물질 국제협력센터(KOMQUEST)를 서울대에 유치하는 성과를 올렸다.

박제근 교수는 “15년의 땀방울이 전 세계 학자들이 따라야 할 250페이지 A4 분량의 국제표준 교과서로 완성됐다”면서 “2010년부터 한국에서 세계 최초로 개척한 연구가 이제 매년 1000편 이상의 논문이 발표되고, 미국, 유럽, 중국 등 전 세계 주요 연구기관들이 경쟁하는 글로벌 핵심 분야로 성장했다”고 말했다.

이어 “이번 RMP 게재와 막스플랑크 양자물질 국제협력센터 유치를 발판 삼아 대한민국이 양자물질 및 차세대 스핀소자 분야의 세계적 허브로 도약하는 데 기여하겠다”고 강조했다.