서울시립대 장영준 교수팀, 디락준금속 전자구조 제어법 제시 … 양자컴퓨팅 소재 활용 가능성

서울시립대학교는 물리학과 장영준 교수 연구팀이 울산대 반도체학과 김정대 교수 연구팀, 부산대 물리학과 이재광 교수 연구팀, 울산과학대 황영훈 교수 연구팀과 협력해 디락준금속 양자물질의 새로운 전자구조 제어 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 

연구팀은 양자물질의 위상특성을 응용해 디락준금속의 이방성 전자구조를 효과적으로 제어할 수 있는 혁신적인 방법을 제시했다. 이를 통해 양자컴퓨팅 소재로 활용 가능성이 높은 신물질을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 주사터널링현미경(STM)과 각도분해능광전자분광법(ARPES), 제일원리계산을 활용해 NiTe₂와 NiTeSe의 전자구조를 상세히 분석했다. 또한 NiTeSe에서 기존의 NiTe₂가 보여주던 대칭적인 삼각형 구조와는 달리 선형적인 전하 분포를 가진 평면 내 이방성이 관찰됐다. 실험과 이론 계산의 일치로 NiTeSe의 디락밴드가 평면 내 전하 이동 속도가 방향에 따라 다르게 나타남을 확인한 것이다.

공동 교신저자인 장 교수는 "디락준금속 양자물질의 디락전자구조 이방성을 조절할 수 있는 새로운 방향을 제시했다"며 "이는 양자컴퓨팅 소재 개발에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 물질의 전자, 광학, 기계적 성질을 조절할 수 있는 신기술을 제시하는 응용 가능성이 큰 기초과학 연구로 평가된다. 연구 결과는 나노와 재료과학 분야 최상위급 국제 학술지인 '어드밴스드 사이언스'에 지난해 12월 14일 온라인 게재됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구자 지원사업, 집단 연구 지원사업, 해외 대형 연구시설 활용연구 지원사업, 학문 후속세대 지원사업 및 산업통상자원부의 지원으로 수행됐다.