과학기술정보통신부는 박제근 서울대 교수 연구팀이 2차원 자성 반데르발스 분야 연구 성과와 향후 전망을 집대성한 논문을 물리학계 최고 권위지 ‘리뷰스 오브 모던 피직스’에 게재했다고 밝혔다. 박 교수가 교신저자로 주도한 이번 논문에는 해당 분야 발전을 주도한 한·미 양국 핵심 연구자 7명이 공동 저자로 참여했다.
자석은 부피를 가진 3차원 형태로, 원자가 입체적으로 쌓여있어 자기적 성질을 안정적으로 유지할 수 있다. 반면 원자 한층 두께에 불과한 2차원 평면 상태에서도 자석의 성질을 발현하고 유지할 수 있는지는 물리학계 오랜 난제였다.
1943년 노르웨이 물리학자 라르스 온사거가 이론적으로 가능성을 제시했으나, 전 세계 누구도 이를 실제로 증명하지 못했다.
연구팀은 앞서 2016년 삼황화린철(FePS3)을 박리해 영하 118도 이하에서 자성 원자층을 추출해 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현해 온사거의 이론을 세계 최초로 실험을 통해 입증한 바 있다.
이번 논문은 박 교수가 2010년부터 연구한 내용을 총 88페이지 분량으로 정리한 것으로, 단행본으로 출판하면 250페이지가 넘는 방대한 분량이다. 2차원 스핀 해밀토니안의 실험적 구현부터 자기 엑시톤, 플로케(Floquet) 조작 등 새로운 양자 현상까지 총망라했다.
또 미해결 과제와 유망 연구 방향을 선제적으로 제시함으로써 향후 전 세계 관련 학계의 표준 지침서로 활용될 전망이다.
특히 이번 성과는 학술적 가치를 넘어 산업적 응용 가능성까지 제시하고 있다. 반데르발스 자성체 내 스핀 기반 양자 현상 제어 기술은 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 기술의 핵심 기반이 될 것으로 기대된다. 독보적 연구 경쟁력을 바탕으로 지난해에는 독일 막스플랑크 양자물질 국제협력센터(KOMQUEST)를 서울대에 유치하는 쾌거를 거두기도 했다.
박 교수는 “2010년부터 한국에서 세계 최초로 개척한 연구가 이제 매년 1000편 이상 논문으로 발표되고, 미국, 유럽, 중국 등 전 세계 주요 연구기관들이 경쟁하는 글로벌 핵심 분야로 성장했다”며 “이번 논문 게재와 막스플랑크 양자물질 국제협력센터 유치를 발판 삼아 대한민국이 양자물질 및 차세대 스핀소자 분야의 세계적 허브로 도약하는 데 기여하겠다”고 말했다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
