한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 신형식)은 김해진 소재분석연구부 박사 연구팀을 포함한 6개국 국제공동연구팀이 양자컴퓨터 소재로 각광받는 위상절연체의 중요한 물리적 특성인 표면전자의 움직임을 규명했다고 10일 밝혔다.
위상절연체 '비스무스-텔루라이드(Bi₂Te₃)' 소재 내부와 표면 전자에 의한 특성 변화를 원자 수준에서 동시에 측정했다. 이를 통해 위상절연체 내부로 표면의 '디락 전자'가 확산되는 과정을 규명, 위상절연체 표면양자 특성을 이해할 수 있는 연구방법을 도출해냈다.
KBSI가 보유한 초고분해능 수차보정 투과전자현미경을 활용해 Bi₂Te₃ 원자구조를 직접 관찰함으로써 정확한 구조를 증명할 수 있었다. 핵자기공명분광기(NMR) 분석을 통해 위상절연체의 원자핵과 전자간 상호작용을 밝혀냈다.
이번 연구 결과를 응용하면 향후 위상절연체 표면 양자상태를 이해하는데 새로운 접근법을 도출할 수 있다. 양자컴퓨터 실용화에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 국제 공동연구에는 KBSI 연구팀(김연호 박사, 장재혁 박사, 이상철 박사)을 비롯해 스웨덴 스톡홀름대, 그리스 데모크리토스 연구소, 아랍에미리트(UAE) 칼리파대, 슬로베니아 요제프 스테판연구소 연구팀이 참여했다.
김해진 박사는 “이번 연구를 통해 기존에 단일 장비로는 해석할 수 없었던 연구영역을 다양한 연구장비와 방법론을 융합해 밝혀냄으로써 학문적 지평을 확장했다”고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
