IBS, 전자 1개가 여러 원자에 존재하는 양자상태 발견
임망훈
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2020.07.21 22:20
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네이처 논문 게재…양자정보 전달 수단으로 확장 기대
[서울=뉴시스] 덩치삼황화린니켈의 결정 구조.[서울=뉴시스] 이재은 기자 = 기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구단 박제근 전 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)은 서강대 정현식씨, 연세대 김재훈씨, 고등과학원 손영우씨 등과 함께 자성을 띤 2차원 물질에서 독특한 신호를 발견했다. 이 신호는 전자 1개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 양자다체상태의 새로운 엑시톤인 것으로 확인됐다.
엑시톤은 자유전자와 양공으로 이루어진 입자로, 광자를 방출하는 양자상태이기 때문에 양자광원이 필요한 양자정보통신에 중요한 열쇠로 거론된다.
이번에 발견한 새로운 엑시톤은 삶과 죽음이 중첩되어 존재하는 슈뢰딩거의 고양이처럼 전자 1개가 여러 원자에 나누어 존재한다. 이 엑시톤은 이론적으로 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이다.
과학기술정보통신부와 기초과학연구원는 이번 성과가 세계적 학술지 네이처(Nature, IF 42.778)에 21알 게재됐다고 밝혔다.
연구진은 2차원 자성물질(삼황화린니켈, 이하 NiPS3)에서 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 서로 다른 세 가지 실험으로 확인하고 이 신호 데이터를 계산하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 규명했다. 결맞음성이란 파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치함을 이른다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을 갖는 레이저가 결맞음성이 높다.
면 형태의 2차원 물질은 1차원이나 3차원에서 나타나지 않는 전자 상호작용으로 독특한 물리적 특성을 갖는다. 이번 실험에 사용된 NiPS3는 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다.
연구진은 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 2차원 NiPS3에서 결맞음이 강한 빛 신호를 발견했다.
이후 빛의 운동량과 에너지 분산관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 수행하고, 고체 내 다른 원자들과의 상호작용을 완벽하게 고려한 양자역학적 이론인 다체 이론으로 이 엑시톤 데이터를 설명했다.
연구진은 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 방대한 양의 계산을 수행하였으며, 이를 공명 비탄성 X선 산란실험 결과와 비교하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 알 수 있었다.
양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로, 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당길 것으로 기대된다.
2차원 물질은 그래핀처럼 층을 쌓아 조립할 수 있어 응용성이 크다. 또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있는데, 이 때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다.
이 엑시톤은 에너지 폭이 매우 좁은, 결맞음성이 높은 신호를 보이는데 초전도체, 초유체 등 특이한 물리 현상들도 결맞음성과 관련이 있다.
박제근 전 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 의미를 밝혔다.
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연구진은 2차원 자성물질(삼황화린니켈, 이하 NiPS3)에서 결맞음성이 매우 강한 엑시톤 신호를 서로 다른 세 가지 실험으로 확인하고 이 신호 데이터를 계산하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 규명했다. 결맞음성이란 파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치함을 이른다. 파장이 다양한 자연광보다 단일한 파장을 갖는 레이저가 결맞음성이 높다.
면 형태의 2차원 물질은 1차원이나 3차원에서 나타나지 않는 전자 상호작용으로 독특한 물리적 특성을 갖는다. 이번 실험에 사용된 NiPS3는 자성을 가지면서 얇은 2차원 층으로 분리되는 반데르발스 물질 중 하나다.
연구진은 물질에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출 실험을 통해 2차원 NiPS3에서 결맞음이 강한 빛 신호를 발견했다.
이후 빛의 운동량과 에너지 분산관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 수행하고, 고체 내 다른 원자들과의 상호작용을 완벽하게 고려한 양자역학적 이론인 다체 이론으로 이 엑시톤 데이터를 설명했다.
연구진은 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 방대한 양의 계산을 수행하였으며, 이를 공명 비탄성 X선 산란실험 결과와 비교하여 이번에 발견한 엑시톤이 양자다체상태임을 알 수 있었다.
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2차원 물질은 그래핀처럼 층을 쌓아 조립할 수 있어 응용성이 크다. 또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있는데, 이 때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다.
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한국은행과 통계청이 21일 발표한 '2019년 국민대차대조표(잠정)' 통계를 보면 우리나라의 국민순자산은 작년 말 1경6621조5000억원으로 1년 전보다 6.8%(1057조7000억원) 늘었다.
국내총생산(GDP) 대비 국민순자산 비율은 8.7배로 1년 전(8.2배)보다 상승했다. 토지자산 등을 중심으로 비생산자산이 증가한 데 따른 것으로 분석된다.
한은 관계자는 “토지비중이 2013년 53.2%로 저점을 기록한 뒤 지가상승 등의 영향으로 2019년 54.7%까지 확대되고 건물 비중도 2015년 이후 상승세를 보이고 있다”고 밝혔다.
지난해 토지자산은 주거용건물 및 비주거용건물부속토지 등의 증가로 541조4000억원(6.6%) 증가한 것으로 나타났다.
지난해 말 토지자산의 GDP 대비 배율은 4.6배를 기록했다. 1995년 관련 통계작성이후 최고 수준이다.
가계 및 비영리단체가 보유한 비금융자산 규모는 7204조7000억원으로 2018년에 비해 6.5% 증가했다.
가계 및 비영리단체의 순자산 구성을 보면 작년 말 가구당(2.43명 기준) 순자산은 4억6268만원으로 한은과 통계청은 추정했다. 이는 1년 전보다 5.5% 늘어난 수준이다.
가계 및 비영리단체의 순자산 중 부동산 등 비금융자산이 차지하는 비중은 77.4%로 집계됐다.
토지자산의 수도권 비중은 다시 증가세를 보였다. 수도권 토지자산 비중은 2010년 61.7%에서 2017년 56.6%로 낮아지다가 2018년 56.9%로 다시 증가로 전환했다.
수도권의 토지자산 비중은 2012년 세종시 출범, 2013년 이후 지방 혁신도시 개발 등으로 완화된 모습을 보여 왔다.
2018년말 시도별 토지자산은 서울이 2201조1000억원으로 전체 토지자산의 26.8%를 차지해 가장 많았고 경기 2071조6000억원(25.2%), 경남 480조9000억원(5.8%), 경북 433조2000억원(5.3%) 순이였다.
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[CBS노컷뉴스 최승진 기자]
지난해 말 우리나라 가구당 순자산은 4억6000만원대로 추산된다. 부동산이 차지하는 비중이 80%에 육박한다. 국내총생산(GDP) 대비 국내 토지 자산의 배율은 4.6배로 역대 최고치를 기록했다.한국은행과 통계청이 21일 발표한 '2019년 국민대차대조표(잠정)' 통계를 보면 우리나라의 국민순자산은 작년 말 1경6621조5000억원으로 1년 전보다 6.8%(1057조7000억원) 늘었다.
국내총생산(GDP) 대비 국민순자산 비율은 8.7배로 1년 전(8.2배)보다 상승했다. 토지자산 등을 중심으로 비생산자산이 증가한 데 따른 것으로 분석된다.
한은 관계자는 “토지비중이 2013년 53.2%로 저점을 기록한 뒤 지가상승 등의 영향으로 2019년 54.7%까지 확대되고 건물 비중도 2015년 이후 상승세를 보이고 있다”고 밝혔다.
지난해 토지자산은 주거용건물 및 비주거용건물부속토지 등의 증가로 541조4000억원(6.6%) 증가한 것으로 나타났다.
지난해 말 토지자산의 GDP 대비 배율은 4.6배를 기록했다. 1995년 관련 통계작성이후 최고 수준이다.
가계 및 비영리단체가 보유한 비금융자산 규모는 7204조7000억원으로 2018년에 비해 6.5% 증가했다.
가계 및 비영리단체의 순자산 구성을 보면 작년 말 가구당(2.43명 기준) 순자산은 4억6268만원으로 한은과 통계청은 추정했다. 이는 1년 전보다 5.5% 늘어난 수준이다.
가계 및 비영리단체의 순자산 중 부동산 등 비금융자산이 차지하는 비중은 77.4%로 집계됐다.
토지자산의 수도권 비중은 다시 증가세를 보였다. 수도권 토지자산 비중은 2010년 61.7%에서 2017년 56.6%로 낮아지다가 2018년 56.9%로 다시 증가로 전환했다.
수도권의 토지자산 비중은 2012년 세종시 출범, 2013년 이후 지방 혁신도시 개발 등으로 완화된 모습을 보여 왔다.
2018년말 시도별 토지자산은 서울이 2201조1000억원으로 전체 토지자산의 26.8%를 차지해 가장 많았고 경기 2071조6000억원(25.2%), 경남 480조9000억원(5.8%), 경북 433조2000억원(5.3%) 순이였다.
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