김근수 교수 연구팀, 고온초전도 비밀의 열쇠 '홀스타인 폴라론' 입자 발견
한국연구재단은 29일 김근수 교수(연세대학교) 연구팀이 2차원 물질 이황화몰리브덴(MoS2)에서 `홀스타인 폴라론` 입자를 발견했다고 밝혔다.
홀스타인 폴라론은 물질 속 전자가 주변 원자를 강하게 끌어당겨 원자 배열의 왜곡을 동반하며 움직이는 합성 입자다. 1950년대 처음 예측됐고, 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명해 줄 열쇠로 기대됐으나, 지금까지 발견이 어려웠다.
연구팀은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목했다. 이 물질의 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 정밀하게 측정한 결과 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견할 수 있었다. 연구팀은 초전도성이 나타날 때 폴라론 입자의 결합 세기가 점차 증가함을 밝혀내기도 했다. 폴라론 입자와 초전도 현상간의 숨은 연관성이 모습을 드러내기 시작한 것이다.
이 결과는 고온초전도 현상을 폴라론 간 결합으로 설명하는 이론 모델을 뒷받침해 후속 연구가 더욱 기대된다.
김근수 교수는 "2차원 물질의 제어 가능한 물성을 이용해 중요한 합성 입자를 발견한 사례"라며, "고온초전도와 같은 물리학의 여러 난제를 규명하는 데 있어 중요한 단초를 제공할 것"이라고 연구의 의의를 설명했다.
이 논문의 제1저자 강민구 학생은 포항공과대학교 물리학과 학부과정을 졸업하고 현재 미국 메사추세츠 공과대학(MIT)에서 박사과정을 밟고 있다. 2016년 중반부터 이 프로젝트를 시작했고, 유학길에 오른 이후에도 방학마다 한국을 방문하여 끈질기게 프로젝트를 이어간 결과 만 25세 젊은 나이에 우수한 연구 성과를 성취했다.
고체물리학 2차원 반도체 물성제어 분야 전문가인 김 교수 역시 2016년 젊은 학자에게 수여하는 봄비물리학상과 함께 이달의과학기술자상을 수상했고 같은 해 `한국을 빛낼 젊은 과학자 30인`에 선정됐다. 올해는 그래핀연구회 신진학술상을 수상한 촉망받는 청년 과학자다.
이용민 기자
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