양자다체 엑시톤 발견.. 양자정보통신 새로운 장
- 작성자
- 문환린
- 작성일
- 20-07-21 10:52
- 조회
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[아시아경제 황준호 기자] 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 자성 엑시톤이 국내 연구진에 의해 발견됐다. 자성을 띄는 엑시톤도 발견되기 힘든데, 새로운 양자 현상을 띄고 있다는 것까지 밝혀냈다. 이 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있어, 양자정보기술 상용화에 새로운 기반 기술이 될 것으로 예상된다.
기초과학연구원은 박제근 서울대 물리천문학부 교수(강상관계물질연구단 전 부연구단장)가 정현식 서강대 교수, 김재훈 연세대 교수, 손영우 고등과학원 교수 등과 함께, 자성을 띤 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤을 발견했다고 20일 밝혔다. 연구진의 연구 성과는 국제 학술지인 네이처에 21일(현지시간) 소개됐다.
덩치삼황화린니켈(NiPS3)의 결정 구조다. 실험에 사용한 2차원 자성 반데르발스 물질의 각 층은 육각형 구조로 이뤄져 있다. 층간 결합을 이루는 반데르발스 결합은 약해서 쉽게 층을 분리할 수 있다. 강자성과 같이 스핀 방향이 고정돼 있지만, 인접한 스핀끼리 반대 방향을 띠어 전체적으로는 자성을 띠지 않는 반강자성 물질이다.
연구진은 자성을 갖고 있는 삼황화란니켈(NiPS3)에서 매우 강한 엑시톤 신호를 발견하고, 이 엑시톤이 양자다체 상태라는 점을 규명했다.
NiPS3은 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다. 반데르발스 물질은 층과 층 사이가 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질이다.
연구진은 NiPS3을 대상으로 빛이 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 NiPS3의 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 포착했다. 결맞음성은 여러 개의파장과 파형이 일치함을 말한다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을갖는 레이저가 결맞음성이 높다고 한다.
또한 연구진은 포착한 엑시톤이 양자 다체 상태에 있다는 점을, 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 통해 입증했다. 약 150만 개의 방대한 경우의 수를 다루는 다체 계산을 통해 이 엑시톤이 이론적으로 알려진 쟝-라이스 양자 다체 상태에 의한 것임을 밝혀낸 것이다.
NiPS3에서 광방출, 광흡수 실험을 통해 얻은 엑시톤 신호다. 그래프(a)를 보면 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정한 결과를 볼 수 있다. 특정 에너지를 가진 빛이 강하게 나타나 있는데, 이는 엑시톤의 증거다. 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다.
연구진은 자성 엑시톤도 발견되기 힘든데, 자성을 띄면서 새로운 양자 형태를 갖는 엑시톤을 발견했다는 점에서 의의가 크다고 밝혔다. 이어 2차원 물질의 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대했다. 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있다.
박제근 前부연구단장은 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "우리 연구진이 개척해서 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 밝혔다.
황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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[아시아경제 황준호 기자] 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 자성 엑시톤이 국내 연구진에 의해 발견됐다. 자성을 띄는 엑시톤도 발견되기 힘든데, 새로운 양자 현상을 띄고 있다는 것까지 밝혀냈다. 이 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있어, 양자정보기술 상용화에 새로운 기반 기술이 될 것으로 예상된다.
기초과학연구원은 박제근 서울대 물리천문학부 교수(강상관계물질연구단 전 부연구단장)가 정현식 서강대 교수, 김재훈 연세대 교수, 손영우 고등과학원 교수 등과 함께, 자성을 띤 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤을 발견했다고 20일 밝혔다. 연구진의 연구 성과는 국제 학술지인 네이처에 21일(현지시간) 소개됐다.
전자 1개가 여러 원자에 존재
덩치삼황화린니켈(NiPS3)의 결정 구조다. 실험에 사용한 2차원 자성 반데르발스 물질의 각 층은 육각형 구조로 이뤄져 있다. 층간 결합을 이루는 반데르발스 결합은 약해서 쉽게 층을 분리할 수 있다. 강자성과 같이 스핀 방향이 고정돼 있지만, 인접한 스핀끼리 반대 방향을 띠어 전체적으로는 자성을 띠지 않는 반강자성 물질이다.연구진은 자성을 갖고 있는 삼황화란니켈(NiPS3)에서 매우 강한 엑시톤 신호를 발견하고, 이 엑시톤이 양자다체 상태라는 점을 규명했다.
NiPS3은 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다. 반데르발스 물질은 층과 층 사이가 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질이다.
연구진은 NiPS3을 대상으로 빛이 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 NiPS3의 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 포착했다. 결맞음성은 여러 개의파장과 파형이 일치함을 말한다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을갖는 레이저가 결맞음성이 높다고 한다.
또한 연구진은 포착한 엑시톤이 양자 다체 상태에 있다는 점을, 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 통해 입증했다. 약 150만 개의 방대한 경우의 수를 다루는 다체 계산을 통해 이 엑시톤이 이론적으로 알려진 쟝-라이스 양자 다체 상태에 의한 것임을 밝혀낸 것이다.
양자정보통신에 활용 가능
NiPS3에서 광방출, 광흡수 실험을 통해 얻은 엑시톤 신호다. 그래프(a)를 보면 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정한 결과를 볼 수 있다. 특정 에너지를 가진 빛이 강하게 나타나 있는데, 이는 엑시톤의 증거다. 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다.연구진은 자성 엑시톤도 발견되기 힘든데, 자성을 띄면서 새로운 양자 형태를 갖는 엑시톤을 발견했다는 점에서 의의가 크다고 밝혔다. 이어 2차원 물질의 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대했다. 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있다.
박제근 前부연구단장은 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "우리 연구진이 개척해서 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 밝혔다.
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▶ 쥐띠
48년생 모른 척 무관심 뒷말을 막아낸다. 60년생 장고 끝에 악수 배가 산으로 간다. 72년생 용기 있는 도전에 성공을 볼 수 있다. 84년생 잘하고 있어도 겸손함을 지켜내자. 96년생 마음이 아닌 선물을 주고 받아보자.
▶ 소띠
49년생 가족을 위한 선물 미소가 번져간다. 61년생 남다른 선택으로 박수를 받아내자. 73년생 오라는 곳 많아도 몸값을 올려보자. 85년생 좋고 싫은 것에 표정을 숨겨내자. 97년생 지성이면 감천 하늘의 별을 딴다.
▶ 범띠
50년생 편하지 않은 아쉬움 땅이 꺼져간다. 62년생 기쁨과 희망 주는 쾌거를 볼 수 있다. 74년생 보이지 않아도 자신감을 더해보자. 86년생 낮에 나온 달 숨을 곳을 찾아보자. 98년생 걱정과 설렘 주는 배움을 찾아가자.
▶ 토끼띠
51년생 여기저기 응원에 기운을 실어보자. 63년생 새로운 시작에 두려움을 넘어서자. 75년생 쉽지 않은 일로 점수를 얻어내자. 87년생 사서하는 고생 내일을 약속한다. 99년생 지갑 여는 일에 무서움을 가져보자.
▶ 용띠
52년생 피곤을 녹여주는 소풍에 나서보자. 64년생 꼭꼭 누르고 있던 응어리가 풀린다. 76년생 상처로 뒤섞였던 가난을 벗어난다. 88년생 코앞의 기회도 배짱을 더해보자. 00년생 기술이나 요령 미운털이 박힌다.
▶ 뱀띠
41년생 반가운 친구 묵은 회포를 나눠보자. 53년생 싫지 않은 유혹에 재미를 찾아보자. 65년생 머릿속에 그림을 그려낼 수 있다. 77년생 웃음꽃이 활짝 행운을 기대하자. 89년생 책 읽는 소리로 관심을 받아내자.
▶ 말띠
42년생 천국에 있을 법한 여유가 생겨난다. 54년생 기억되지 않는 수고는 피해보자. 66년생 헛된 노력에 쓴웃음만 남겨진다. 78년생 오랜 시간 준비에 첫 삽을 뜰 수 있다. 90년생 깔끔하고 꼼꼼히 확인을 다시 하자.
▶ 양띠
43년생 포기하지 않는 결과를 볼 수 있다. 55년생 잡힐 듯 오지 않던 기회를 잡아낸다. 67년생 구관이 명관 발자국을 따라가자. 79년생 심장박동 커지는 시험을 맞이한다. 91년생 흠 잡을 수 없는 성실함을 보여주자.
▶ 원숭이띠
44년생 기세 등등 축하박수가 쏟아진다. 56년생 긁어 부스럼이다 알려고 하지 말자. 68년생 귀한 손님 방문 정성으로 맞이하자. 80년생 부러움과 질투 최고가 될 수 있다. 92년생 알콩달콩 분위기 사랑이 시작 된다.
▶ 닭띠
45년생 기분 좋은 변화 부진에서 벗어난다. 57년생 구름 졌던 얼굴에 무지개가 떠준다. 69년생 보석 같은 추억이 하나쯤 더해진다. 81년생 질 수 없는 경쟁 각오를 다시 하자. 93년생 빈 손 고생에도 부지런을 더해보자.
▶ 개띠
46년생 큰소리 내지 않는 여유를 가져보자. 58년생 말로 하는 약속 책임을 크게 한다. 70년생 안심하지 않는 긴장을 더해보자. 82년생 예의 있는 행동 천 냥 빛을 갚아낸다. 94년생 땀으로 얻은 것이 보람을 더해준다.
▶ 돼지띠
47년생 지나친 욕심은 화를 부를 수 있다. 59년생 아프게 박혀있던 슬픔을 벗어난다. 71년생 축하 받을 일이 연이어 찾아온다. 83년생 무서움을 몰라야 성공을 잡아낸다. 95년생 사랑과 관심 눈도장을 찍어내자.
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51년생 여기저기 응원에 기운을 실어보자. 63년생 새로운 시작에 두려움을 넘어서자. 75년생 쉽지 않은 일로 점수를 얻어내자. 87년생 사서하는 고생 내일을 약속한다. 99년생 지갑 여는 일에 무서움을 가져보자.
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52년생 피곤을 녹여주는 소풍에 나서보자. 64년생 꼭꼭 누르고 있던 응어리가 풀린다. 76년생 상처로 뒤섞였던 가난을 벗어난다. 88년생 코앞의 기회도 배짱을 더해보자. 00년생 기술이나 요령 미운털이 박힌다.
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