양자다체 엑시톤 발견.. 양자정보통신 새로운 장
진나지
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2020.07.21 11:43
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[아시아경제 황준호 기자] 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 자성 엑시톤이 국내 연구진에 의해 발견됐다. 자성을 띄는 엑시톤도 발견되기 힘든데, 새로운 양자 현상을 띄고 있다는 것까지 밝혀냈다. 이 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있어, 양자정보기술 상용화에 새로운 기반 기술이 될 것으로 예상된다.
기초과학연구원은 박제근 서울대 물리천문학부 교수(강상관계물질연구단 전 부연구단장)가 정현식 서강대 교수, 김재훈 연세대 교수, 손영우 고등과학원 교수 등과 함께, 자성을 띤 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤을 발견했다고 20일 밝혔다. 연구진의 연구 성과는 국제 학술지인 네이처에 21일(현지시간) 소개됐다.
덩치삼황화린니켈(NiPS3)의 결정 구조다. 실험에 사용한 2차원 자성 반데르발스 물질의 각 층은 육각형 구조로 이뤄져 있다. 층간 결합을 이루는 반데르발스 결합은 약해서 쉽게 층을 분리할 수 있다. 강자성과 같이 스핀 방향이 고정돼 있지만, 인접한 스핀끼리 반대 방향을 띠어 전체적으로는 자성을 띠지 않는 반강자성 물질이다.
연구진은 자성을 갖고 있는 삼황화란니켈(NiPS3)에서 매우 강한 엑시톤 신호를 발견하고, 이 엑시톤이 양자다체 상태라는 점을 규명했다.
NiPS3은 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다. 반데르발스 물질은 층과 층 사이가 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질이다.
연구진은 NiPS3을 대상으로 빛이 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 NiPS3의 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 포착했다. 결맞음성은 여러 개의파장과 파형이 일치함을 말한다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을갖는 레이저가 결맞음성이 높다고 한다.
또한 연구진은 포착한 엑시톤이 양자 다체 상태에 있다는 점을, 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 통해 입증했다. 약 150만 개의 방대한 경우의 수를 다루는 다체 계산을 통해 이 엑시톤이 이론적으로 알려진 쟝-라이스 양자 다체 상태에 의한 것임을 밝혀낸 것이다.
NiPS3에서 광방출, 광흡수 실험을 통해 얻은 엑시톤 신호다. 그래프(a)를 보면 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정한 결과를 볼 수 있다. 특정 에너지를 가진 빛이 강하게 나타나 있는데, 이는 엑시톤의 증거다. 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다.
연구진은 자성 엑시톤도 발견되기 힘든데, 자성을 띄면서 새로운 양자 형태를 갖는 엑시톤을 발견했다는 점에서 의의가 크다고 밝혔다. 이어 2차원 물질의 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대했다. 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있다.
박제근 前부연구단장은 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "우리 연구진이 개척해서 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 밝혔다.
황준호 기자 [email protected]
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[아시아경제 황준호 기자] 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 자성 엑시톤이 국내 연구진에 의해 발견됐다. 자성을 띄는 엑시톤도 발견되기 힘든데, 새로운 양자 현상을 띄고 있다는 것까지 밝혀냈다. 이 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있어, 양자정보기술 상용화에 새로운 기반 기술이 될 것으로 예상된다.
기초과학연구원은 박제근 서울대 물리천문학부 교수(강상관계물질연구단 전 부연구단장)가 정현식 서강대 교수, 김재훈 연세대 교수, 손영우 고등과학원 교수 등과 함께, 자성을 띤 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나눠 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤을 발견했다고 20일 밝혔다. 연구진의 연구 성과는 국제 학술지인 네이처에 21일(현지시간) 소개됐다.
전자 1개가 여러 원자에 존재
덩치삼황화린니켈(NiPS3)의 결정 구조다. 실험에 사용한 2차원 자성 반데르발스 물질의 각 층은 육각형 구조로 이뤄져 있다. 층간 결합을 이루는 반데르발스 결합은 약해서 쉽게 층을 분리할 수 있다. 강자성과 같이 스핀 방향이 고정돼 있지만, 인접한 스핀끼리 반대 방향을 띠어 전체적으로는 자성을 띠지 않는 반강자성 물질이다.연구진은 자성을 갖고 있는 삼황화란니켈(NiPS3)에서 매우 강한 엑시톤 신호를 발견하고, 이 엑시톤이 양자다체 상태라는 점을 규명했다.
NiPS3은 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다. 반데르발스 물질은 층과 층 사이가 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질이다.
연구진은 NiPS3을 대상으로 빛이 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 NiPS3의 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 포착했다. 결맞음성은 여러 개의파장과 파형이 일치함을 말한다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을갖는 레이저가 결맞음성이 높다고 한다.
또한 연구진은 포착한 엑시톤이 양자 다체 상태에 있다는 점을, 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 통해 입증했다. 약 150만 개의 방대한 경우의 수를 다루는 다체 계산을 통해 이 엑시톤이 이론적으로 알려진 쟝-라이스 양자 다체 상태에 의한 것임을 밝혀낸 것이다.
양자정보통신에 활용 가능
NiPS3에서 광방출, 광흡수 실험을 통해 얻은 엑시톤 신호다. 그래프(a)를 보면 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정한 결과를 볼 수 있다. 특정 에너지를 가진 빛이 강하게 나타나 있는데, 이는 엑시톤의 증거다. 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다.연구진은 자성 엑시톤도 발견되기 힘든데, 자성을 띄면서 새로운 양자 형태를 갖는 엑시톤을 발견했다는 점에서 의의가 크다고 밝혔다. 이어 2차원 물질의 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대했다. 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자 상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 활용될 수 있다.
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해외 백신 의존 위험 줄일 목적
백신, 11월 임상…내년 가을 판매 목표
[시애틀(미 워싱턴주)=AP/뉴시스]2020년 3월16일 미 워싱턴주 시애틀의 카이저 퍼머넌트 워싱턴 건강연구소에서 한 임상실험 참여자가 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)에 대한 모더나의 잠재적인 백신 후보 1단계 안전 연구 임상실험에서 주사를 맞고 있다. 코2020.7.16[서울=뉴시스] 김예진 기자 = 일본 시오노기(塩野義) 제약이 이르면 오는 11월 임상시험에 들어가는 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 백신에 대해 2021년 말까지 3000만 명분의 생산 능력을 확보할 방침이다.
21일 니혼게이자이 신문(닛케이). 지지통신에 따르면 시오노기 제약은 내년 말까지 현재 1000만 명 생산 체제에서 3000만 명분으로 코로나19 백신 생산 능력을 증강할 계획이다.
해외 백신에 대한 수입 의존 위험을 줄이기 위해 개발 단계에서 대규모 생산을 위한 준비에 나선다.
시오노기는 코로나19 백신 개발 부분에서는 후발 주자다. 현재 개발 중인 백신도 이르면 오는 11월 첫 임상 시험에 돌입한다. 다만 지난해 인수한 자회사 UMN파머가 곤충세포 배양기술인 'BEVS'를 가지고 있다는 강점이 있다.
코로나19 백신은 인플루엔자 백신처럼 계란을 사용해 바이러스를 배양하기 어렵다. 이에 따라 바이러스 유전자 정보를 바탕으로 곤충 세포를 사용해 백신을 만들게 된다. 인플루엔자 백신과 달라 제조 기간을 수 개월 단축할 수 있다는 이점을 가진다.
시오노기는 이르면 내년 1월 의료현장에 백신을 한정적으로 공급할 방침이다. 승인을 거처 내년 가을까지는 백신 판매를 목표로 한다.
3000만 명분으로 생산 능력을 늘리는 데에는 최소 100억~200억 엔 이상이 들어갈 것으로 전망된다. 시오노기가 자체 개발 백신에서 충분한 효과를 얻지 못할 경우 투자 비용이 쓸모없게 될 위험이 있다.
일본 정부는 시오노기의 투자비용 일부를 지원할 계획이지만, 미국처럼 백신 매입에는 나서지 않을 방침이다.
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해외 백신에 대한 수입 의존 위험을 줄이기 위해 개발 단계에서 대규모 생산을 위한 준비에 나선다.
시오노기는 코로나19 백신 개발 부분에서는 후발 주자다. 현재 개발 중인 백신도 이르면 오는 11월 첫 임상 시험에 돌입한다. 다만 지난해 인수한 자회사 UMN파머가 곤충세포 배양기술인 'BEVS'를 가지고 있다는 강점이 있다.
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시오노기는 이르면 내년 1월 의료현장에 백신을 한정적으로 공급할 방침이다. 승인을 거처 내년 가을까지는 백신 판매를 목표로 한다.
3000만 명분으로 생산 능력을 늘리는 데에는 최소 100억~200억 엔 이상이 들어갈 것으로 전망된다. 시오노기가 자체 개발 백신에서 충분한 효과를 얻지 못할 경우 투자 비용이 쓸모없게 될 위험이 있다.
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