[사이테크 플러스] "2차원 자성물질 내 전자 얽힌 상태로 존재…새 양자상태 발견"
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작성자 계병훈 작성일20-07-21 06:45 조회228회 댓글0건관련링크
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서울대 박제근 교수팀 "'양자 자성 다체 엑시톤' 확인…양자정보 전달 수단으로 확장 기대"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 자성을 띤 2차원 물질에서 분자를 이루는 원자 사이에 있는 전자가 '얽힌 상태'(entanglement)로 존재하며, 이 물질이 방출하는 빛이 '양자 다체 상태의 새로운 엑시톤'이라는 사실을 밝혀냈다.
엑시톤은 자유전자와 전자가 빠져나가 양극을 띠는 자리인 양공으로 이루어진 입자로, 에너지 상태에 따라 광자를 방출할 수 있는 양자상태이기 때문에 양자광원이 필요한 양자정보통신에 중요한 열쇠로 거론된다.
기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구단 박제근 전(前) 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)은 21일 2차원 자성 물질에서 독특한 신호를 발견하고, 이 신호가 전자가 여러 원자 사이에 얽힌 상태로 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤이라는 사실을 확인했다고 밝혔다.
서강대 정현식 교수와 연세대 김재훈 교수, 고등과학원 손영우 교수가 공동교신저자로 참여한 이 연구 결과는 이날 국제학술지 '네이처'(Nature)에 게재됐다.
연구진은 새로 발견한 엑시톤은 삶과 죽음이 중첩돼 존재하는 슈뢰딩거의 고양이처럼 전자가 여러 원자 사이에 얽힌 상태로 존재한다며 이 엑시톤은 이론적으로도 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이라고 설명했다.
얽힌 상태는 둘 이상의 상태가 양자적으로 서로 연결돼 있어 각각의 상태를 따로 떼어 독립적인 파동함수로 다룰 수 없는 상태를 말한다.
2차원 자성 반데르발스 물질인 삼황화인니켈(NiPS₃) 결정구조[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
연구진은 2차원 반데르발스 자성물질인 삼황화인니켈(NiPS₃)에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출시험을 통해 파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치해 증폭되는 '결맞음'(coherence)이 강한 빛 신호를 발견했다.
2차원 반데르발스 물질은 그래핀 등처럼 층 사이가 반데르발스 결합으로 불리는 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질로, 1차원(선)이나 3차원(입체)에서 나타나지 않는 전자 상호작용으로 독특한 물리적 특성을 갖는다.
NiPS3에서 광방출·광흡수 실험으로 얻은 엑시톤 신호(a) 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정했더니 특정 에너지를 가진 빛이 강한 것을 발견했다. 이런 신호는 엑시톤의 증거인데 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다. (b) 온도에 따른 신호 폭 그래프. 낮은 온도에서 신호가 매우 좁은 폭으로 분포한다. (c) 광방출 신호의 두께 의존성. (d) 2차원 자성 물질이 흡수한 빛을 측정했다. 이론적으로는 광방출 실험과 광흡수 실험 결과가 같아야 하는데, 광방출 실험에서 관찰했던 신호(피크 1)가 똑같이 나타난다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
연구진은 광방출실험에서 발견한 결맞음이 매우 강한 엑시톤 신호를 서로 다른 세 가지 실험으로 확인하고 이 신호 데이터를 계산해 이 엑시톤이 전자가 특정 원자에 속해 있는 것이 아니라 존재 확률이 산재해 있어 여러 원자에 동시에 속박된 양자다체상태임을 규명했다.
연구진은 이 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 수행한 뒤 이를 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 많은 양의 계산을 수행한 결과와 비교해 이번에 발견한 엑시톤이 양자 다체 상태임을 확인했다고 설명했다.
이들은 양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다고 밝혔다.
또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있으며, 이때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다고 덧붙였다.
박제근 교수는 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "이 연구는 한국 연구진이 개척해 중요 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.
2차원 자성물질에서 '양자 자성 다체 엑시톤' 발견 연구진(왼쪽부터) IBS 강상관계 물질 연구단 박제근 전(前) 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수), 정현식 서강대 물리학과 교수, 김재환 연세대 물리학과 교수, 손영우 고등과학원 계산과학부 교수. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
scitech@yna.co.kr
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"국정원은 생존 걸린 국가 안보수호 최전선
다시 친북인사로 채우면 평화가 이뤄지는가
박지원, 대북송금 유죄 받아 복역…이게 전문성인가
북한 비위맞추기 올인 인사 임명 의도 뻔해…청문회서 따질 것"
주호영 미래통합당 원내대표(자료사진) ⓒ데일리안 박항구 기자주호영 미래통합당 원내대표는 20일 박지원 국가정보원장 후보자를 강도 높게 비판하며 오는 27일로 예정된 인사청문회에서 철저한 검증을 예고했다. 앞서 박 후보자를 향해 "적과 내통한다"고 해 여권으로부터 반발이 나오는 것에 대해서는 "국정원장의 역할이 어떤 것인지 근본적인 문제를 보라"며 재반박했다.
주 원내대표는 이날 자신의 페이스북에 "달을 가리키는 손가락이 아니라 달을 보길 바란다. 박 후보자에 대해 한 지적은 국정원장의 역할이 과연 어떤 것인지, 근본적인 문제에 대한 것"이라며 "국정원은 통일 및 남북대화·교류·협력에 관한 일을 하는 곳이 아닌 국가의 생존이 걸린 글로벌 정보전쟁을 수행하는 국가 안보수호의 최전선"이라고 언급했다.
이어 주 원내대표는 "국정원장이 남북대화에 직접 나섰다가 '하노이 노딜'로 끝난 실패를 겪고서도 반면교사는커녕 그 실패를 답습하는 문재인 정권의 인식이 개탄스럽다"며 "또 다시 국정원장을 친북 인사로 채우면 대북정책 실패가 없던 일이 되고 한반도 평화가 바로 이뤄지는가"라고 지적했다.
주 원내대표는 "청와대는 국정원장 인사를 발표하며 '지난 2000년 남북정상회담 합의를 끌어내는 데 기여했으며 북한에 대한 전문성이 높다'고 배경을 밝혔는데 '북한에 대한 전문성'이 무엇을 의미하는지 아리송하다"며 "박 후보자는 대북송금특검 결과 6·15 남북정상회담을 대가로 북한에 4억5000만 달러를 송금한 데 관여한 혐의로 유죄판결을 받고 복역한 바 있다"고 꼬집었다.
그러면서 주 원내대표는 "국민을 속이고 북한과 뒷거래하고, 북한이 원하는 대로 다 해준 업적이 전문성이라는 말인가"라며 "오로지 정상회담 쇼를 위해 밀실에서 위법을 무릅쓰며 북한 비위맞추기에 올인한 인사를 국정원장에 임명한 의도가 뻔하다. 통합당은 오는 27일 인사청문회에서 박 후보자의 문제점을 국민 앞에서 하나하나 따질 것"이라고 강조했다.
데일리안 최현욱 기자 (hnk0720@naver.com)
ⓒ (주)데일리안 - 무단전재, 변형, 무단배포 금지
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주호영 미래통합당 원내대표(자료사진) ⓒ데일리안 박항구 기자주호영 미래통합당 원내대표는 20일 박지원 국가정보원장 후보자를 강도 높게 비판하며 오는 27일로 예정된 인사청문회에서 철저한 검증을 예고했다. 앞서 박 후보자를 향해 "적과 내통한다"고 해 여권으로부터 반발이 나오는 것에 대해서는 "국정원장의 역할이 어떤 것인지 근본적인 문제를 보라"며 재반박했다.주 원내대표는 이날 자신의 페이스북에 "달을 가리키는 손가락이 아니라 달을 보길 바란다. 박 후보자에 대해 한 지적은 국정원장의 역할이 과연 어떤 것인지, 근본적인 문제에 대한 것"이라며 "국정원은 통일 및 남북대화·교류·협력에 관한 일을 하는 곳이 아닌 국가의 생존이 걸린 글로벌 정보전쟁을 수행하는 국가 안보수호의 최전선"이라고 언급했다.
이어 주 원내대표는 "국정원장이 남북대화에 직접 나섰다가 '하노이 노딜'로 끝난 실패를 겪고서도 반면교사는커녕 그 실패를 답습하는 문재인 정권의 인식이 개탄스럽다"며 "또 다시 국정원장을 친북 인사로 채우면 대북정책 실패가 없던 일이 되고 한반도 평화가 바로 이뤄지는가"라고 지적했다.
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데일리안 최현욱 기자 (hnk0720@naver.com)
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