별난 물질 '위상부도체' 구분법 나왔다

UNIST 자연과학부의 박노정 교수팀
스핀 홀 전도도(spin Hall conductivity) 이용
초미세 전자장치 개발에 기여 전망

【울산=최수상 기자】 UNIST는 자연과학부의 박노정 교수팀이 물질에 한 방향으로 전압을 주면 나타나는 ‘스핀 홀 전도도(spin Hall conductivity)’를 이용해 위상부도체를 구분할 수 있다는 걸 입증했다고 25일 밝혔다.

전기가 흐르지 않은 물질인 ‘부도체’ 중에는 ‘별난 물질’이 있다. 안쪽만 부도체이고 바깥쪽에는 전기가 흐르는 ‘위상부도체’다. 지금까지 위상부도체는 수학적인 계산으로만 증명됐는데, 실험으로 이 물질을 직접 가려내는 방법이 처음 제안된 것이다.

스핀 홀 전도도는 물질에 한 방향으로 전압이 주어졌을 때, 그에 수직한 방향으로 스핀 전도도가 생기는 현상을 말한다.

박 교수에 따르면 우리 주변의 물질은 다양한 기준으로 분류할 수 있다. 전기가 흐르는지 여부(전도도)를 기준으로 도체와 부도체를 나누거나, 자기장의 영향을 받는지에 따라 자성체와 비자성체로 구분된다. 그런데 이런 기준만으로는 극한 환경에서 나타나는 별난 물질들을 모두 설명하기 어려워 ‘위상(phase, 位相)’이라는 수학적 개념이 도입됐다. 이런 개념으로 물질을 설명하는 방식을 제안한 물리학자 셋은 2016년 노벨 물리학상을 수상한 바 있다.

박노정 교수(오른쪽)와 신동빈 박사(왼쪽)가 위상부도체 연구에 대해 의논하고 있다 /사진=UNIST

박 교수는 “수학적으로 유도된 방식이 아닌 실험으로 관측할 수 있는 물리량을 통해 위상부도체의 특성을 구분해낼 수 있음을 밝혔다”며 “실리콘 반도체의 한계 때문에 만들기 어려웠던 초미세 전자장치 개발에 기여할 것이다”고 의미를 설명했다.

이번 연구는 미국국립과학원회보(PNAS) 지난 14일자로 출판됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부-한국연구재단의 ‘기초연구실지원사업(BRL)’의 지원으로 이뤄졌다.

ulsan@fnnews.com 최수상 기자

※ 저작권자 ⓒ 파이낸셜뉴스. 무단 전재-재배포 금지