기초과학연구원(IBS)은 박제근 서울대 물리천문학부 교수가 서강대·연세대·고등과학원 등과 자성을 띤 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤을 찾아냈다고 20일 밝혔다.

엑시톤은 자유전자와 양공(전자가 빠져나간 빈자리)으로 이뤄진 입자로, 광자를 방출하는 양자 상태이기 때문에 양자 광원이 필요한 양자 정보 통신에 중요한 열쇠로 평가받는다.

이번 연구는 2차원 자성 물질에서 누구도 예측하지 못했던 양자 현상을 발견한 게 가장 큰 성과다.

2차원 자성 물질 연구는 물리학 전체에서 차지하는 중요성에도, 박제근 교수가 2010년 연구를 시작하기 전까진 학계에 알려지지 않았던 분야다.

이번 연구에서 발견한 엑시톤은 자성이 있는 드문 양자 광원으로, 결맞음(파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치하는 것)이 통상적인 수준보다 수백 배 높아 기존에 알려진 작용 원리와 전혀 다른 물리 현상을 보인다.

연구진은 앞으로 결맞음성을 일으키는 원리를 규명하고 이 엑시톤을 양자컴퓨팅 등과 같은 곳에 활용할 수 있는지 연구할 계획이다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적 학술지 `네이처`에 실렸다.장진웅 기자

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