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연세소식

[연구 프론티어] 김근수 교수팀, ‘홀스타인 폴라론’ 입자 발견

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2018-07-02

김근수 교수팀, ‘홀스타인 폴라론’ 입자 발견


고온초전도의 비밀 규명에 한걸음 더

 

 

 

김근수 교수(물리학과) 연구팀이 물질의 고온초전도* 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 입자를 발견했다. 2차원 물질* 이황화몰리브덴(MoS2)에서 ‘홀스타인 폴라론’ 입자를 발견한 것이다.

 

‘폴라론’이란 전자가 주변의 원자들을 끌어당겨 원자 배열상의 왜곡을 동반하며 움직이는 합성 입자로, ‘홀스타인 폴라론’은 폴라론 입자의 거동을 설명하는 대표적인 이론 모델이다. 1950년대에 처음 예측되며 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명해 줄 열쇠로 기대되었으나, 지금까지 발견이 어려웠다.

 

김근수 교수 연구팀은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목하여 정밀 연구를 진행한 끝에 홀스타인 폴라론 입자의 미묘한 신호를 감지해냈다. 이황화몰리브덴 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 측정한 결과, 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견하는 데 성공한 것이다.

 

연구팀은 또한 전도성이 나타날 때 폴라론 입자의 결합 세기가 점차 증가함을 밝혀냈다. 폴라론 입자와 초전도 현상 간의 숨은 연관성을 찾아낸 셈이다. 이 결과는 고온초전도 현상을 폴라론 간 결합으로 설명하는 이론 모델을 뒷받침해주어, 후속 연구가 더욱 기대되는 상황이다.

 

 

김근수 교수는 “2차원 물질의 전자구조 측정에 있어 세계 최고 수준의 분해능을 달성, 중요한 합성 입자를 발견할 수 있었다.”며, “고온초전도와 같은 물리학의 대표적인 난제를 규명하는 데 있어 중요한 단초를 제공할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

 

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업[선도연구센터(반데르발스물질 연구센터, 센터장 임성일), 중견연구], 연세대 미래선도연구사업, 포스코청암재단 포스코사이언스펠로십의 지원으로 수행되었으며, 세계적인 권위지 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 5월 28일 게재되었다.

 

* 고온초전도 : 절대온도 영도(-273℃)에 가까운 저온 초전도와 비교하여, 임계온도가 100K(-173℃)의 비교적 높은 온도에서 초전도를 나타내는 현상


* 2차원 물질 : 얇고 유연하며 전기적 광학적 특성이 우수하여 차세대 반도체 소재로 주목받는 신물질

 


[그림] 2차원 물질(이황화몰리브덴)의 “홀스타인 폴라론” 입자.

초록색, 노란색 구형체는 각각 몰리브덴(Mo)과 황(S) 원자를, 회색 막대기는 원자 간의 결합을 나타낸다. 가운데 밝은 부분은 전자 구름을 형상화 한 것으로 주변 원자들과 강한 상화작용을 통해 원자 배열의 왜곡을 동반하며 고체 안에서 이를 끌고 다닌다. 육각벌집모양의 얇은 흰 선은 왜곡되기 전 원자들의 위치를 표시하기 위한 것이다.

 

vol. 617
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