초전도체가 만드는 '클라인 터널링' 규명
초전도체가 만드는 '클라인 터널링' 규명
  • 이상진
  • 승인 2019.06.26 19:55
  • 조회수 2436
  • 댓글 0
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이승훈 박사(現 미국 메릴랜드 대학 박사 후 연구원)가 참여한 국제 공동연구팀이 입자가 장벽을 만나더라도 튕겨져 나오지 않고 오히려 장벽이 없는 것처럼 100% 통과해 버리는 믿기 어려운 현상을 관찰한 연구 결과를 발표했습니다.  이번 연구 결과는 4차 산업혁명의 핵심 기술인 양자 정보 소자와 양자 센서 등 다양한 소자에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있는데요.

네이처 논문 클라인 터널링 이미지. 출처:부산대학교
네이처 논문 클라인 터널링 이미지. 출처: 부산대학교

이번 연구를 수행한 국제 공동연구팀 이승훈 박사는 부산대 나노과학기술대학에서 학사·석사·박사 과정을 모두 마치고 현재 미국 메릴랜드 대학 신소재공학과(Department of Materials Science and Engineering) 및 물리학과 나노물리신소재센터(Center for Nanophysics and Advanced Materials)에서 박사 후 연구원으로 근무하고 있습니다. 연구는 미국 메릴랜드대 연구팀이 주도했고 캘리포니아대학교 어바인 연구팀이 참여했습니다.

 

이승훈 박사는 "우리가 살고 있는 일반적인 물리법칙이 적용되는 세상에서는 입자가 장벽을 만나면 튕겨져 나오는데 양자역학이 적용되는 미시세계에서는 '양자터널링(quantum tunneling)'에 의해 입자가 장벽을 통과할 수 있는 '확률'이 존재하지만 여전히 입자가 튕겨져 나올 확률이 더 크다"며 "하지만 양자역학이 상대성이론을 만나면 우리가 상상할 수 없는 현상들이 벌어진다"고 설명했습니다.

 

이승훈 박사가 소속된 미국 메릴랜드대학 연구팀은 이 현상을 관측하기 위해 붕소 화합물 계열의 위상절연체, 초전도체 이중층 구조의 얇은 막(박막, thin film)을 제작해 상대론적 양자역학이 적용되는 특이한 초전도 특성을 구현했습니다. 연구팀은 이 초전도 박막에 일반 금속 팁(tip)을 접촉시켜 금속으로부터 이 특이한 초전도체로 전자를 흘려보냈을 때 전자가 100% 통과하면서 발생하는 신호를 측정했습니다.

이승훈 박사. 출처:부산대학교
이승훈 박사. 출처: 부산대학교

이번 연구 결과는 상대론적 양자역학에서 기인하는 현상을 관찰한 것뿐만 아니라 새로운 양자 컴퓨팅 기술을 위한 위상절연체, 초전도체가 만들어내는 특이한 초전도성을 증명했다는 점에서 또 다른 의미를 가진다는 설명입니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 <Nature>에 게제됐습니다.


##참고자료##

 

  • Seunghun Lee et al, “Perfect Andreev reflection due to the Klein paradox in a topological superconducting state”, Nature 570(2019), pp.344-348. 


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