삼성 지원 포스텍 연구진, 빛으로 양자물질 제어·측정 성공

포스텍 이길호·조길영 교수 연구팀, 국제학술지 ‘네이처’ 게재

포스텍 연구팀이 빛으로 고체 물질의 양자 성질을 제어하고 측정할 수 있는 플랫폼을 개발하는 데 성공했다.

삼성전자는 삼성 미래기술 육성 사업을 통해 연구를 지원한 포스텍 물리학과 이길호·조길영 교수 연구팀의 관련 논문이 지난 16일(영국 현지시간) 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재됐다고 22일 밝혔다.

고체의 성질은 고체 안에 있는 전자의 움직임에 따라 결정되는데 원자와 전자의 움직임을 바꿔 고체의 성질을 바꾸기 위해서는 강한 열 또는 압력을 가하거나 인위적으로 불순물을 첨가하는 등 화학적인 방법을 이용해야 했다.

과학계에서는 아주 작은 크기의 고체 물질의 경우 열이나 압력을 가하는 기존 방식 외에도 빛을 쬐어주면 양자 성질이 바뀐 ‘플로켓(Floquet) 상태’가 될 수 있다는 가설이 1900년대 중반 제기됐고, 2013년 첫 관찰 이후 몇 차례 보고됐다.

플로켓 연구는 신소재, 양자기술 분야에서 활용도가 매우 높아 세계적으로 연구가 활발하지만, 그동안 구현된 플로켓 상태는 매우 강한 열이 발생하고 250펨토초(1펨토초는 1000조 분의 1초) 수준의 지극히 짧은 순간만 지속돼 연구에 한계가 있었다.

이 교수 연구팀은 ‘그래핀-조셉슨 접합 소자’에 기존의 적외선 대신 마이크로파를 서서히 쬐어 플로켓 상태를 장시간 구현하는 데 성공했다. 빛의 세기가 기존 대비 1조 분의 1 수준으로 매우 약해 열 발생이 현저히 줄었고, 플로켓 상태는 25시간 이상 지속된 것으로 나타났다.

또한 연구팀은 최적화된 ‘초전도 터널링’ 분석법을 통해 빛의 세기, 파장 등에 따라 달라지는 플로켓 상태의 특징을 정량적으로 확인하는 데도 성공했다.

연구팀은 “이번 연구는 플로켓 상태가 지속적으로 유지될 수 있는 플랫폼을 만들어 플로켓 상태를 상세하게 연구할 수 있게 된 것에 의미가 있다”며 “향후 편광 등 빛의 특성과 플로켓 상태 사이의 상관관계를 밝히는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

장병철 기자