국내 연구팀, 액체·고체 특징 모두 가진 '전자결정' 세계 최초 발견

고체물질 속 전자결정 조각(연결된 파란공)을 형상화한 그림 [김근수 연세대 교수 제공]

우리나라 연구진이 현대 물리학의 난제인 고온초전도체와 초유체 현상의 비밀을 풀어낼 단서로 주목받는 '전자 결정'을 세계 최초로 발견했습니다.

과학기술정보통신부는 연세대학교 김근수 교수 연구팀이 세계 최초로 고체 물질 속에서 전자가 액체의 특징과 고체의 특징을 모두 가지고 있는 '전자결정' 조각을 발견했다고 밝혔습니다.

발견된 전자결정 조각의 크기는 1~2나노미터(㎚·10억분의 1m) 수준으로, 머리카락 굵기의 만분의 일보다도 작습니다.

그동안 학계에서는 자연계의 고체 물질 속에 담긴 전자들이 규칙적으로 배열돼 있거나, 배열돼있지 않은 상태라고 봤습니다.

하지만 우리 연구진은 전자들의 일부만 규칙성을 갖는 새로운 상태를 발견했습니다.

이러한 전자결정의 발견은 영하 240도 이상 높은 온도에서 저항이 사라지는 물질인 고온 초전도체나 극저온에서 점성이 사라지는 초유체의 비밀을 푸는 데 역할을 할 것으로 보입니다.

전자의 상호작용이 물질의 저항이나 점성 같은 다양한 특성에 영향을 주는 만큼, 전자 간 상호작용을 이해하는 데 도움을 주기 때문입니다.

연구팀은 전자결정의 존재를 입증하기 위해 강한 빛을 쪼이는 방사광가속기와 빛을 물체에 쪼이면 나오는 광전자의 정보를 분석하는 각분해광전자분광장치를 이용해 전자의 에너지와 운동량을 정밀 측정했습니다.

김근수 교수는 "지금까지 학계에서는 전자의 규칙적 배열이 있는 경우와 없는 경우를 이분법적으로 인식해 왔는데 제3의 상태를 인식하게 된 것"이라며 결정의 특성을 이해하면 초전도체나 초유체의 특성을 이해하는 길로 나아갈 것으로 기대했습니다.

정동욱 기자(dwjung@mbc.co.kr)

기사 원문 - https://imnews.imbc.com/news/2024/econo/article/6647266_36452.html