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[사이테크 플러스] "2차원 자성물질 내 전자 얽힌 상태로 존재…새 양자상태 발견"

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작성자 임망훈 작성일20-07-21 00:38 댓글0건

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서울대 박제근 교수팀 "'양자 자성 다체 엑시톤' 확인…양자정보 전달 수단으로 확장 기대"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 자성을 띤 2차원 물질에서 분자를 이루는 원자 사이에 있는 전자가 '얽힌 상태'(entanglement)로 존재하며, 이 물질이 방출하는 빛이 '양자 다체 상태의 새로운 엑시톤'이라는 사실을 밝혀냈다.

엑시톤은 자유전자와 전자가 빠져나가 양극을 띠는 자리인 양공으로 이루어진 입자로, 에너지 상태에 따라 광자를 방출할 수 있는 양자상태이기 때문에 양자광원이 필요한 양자정보통신에 중요한 열쇠로 거론된다.

기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구단 박제근 전(前) 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)은 21일 2차원 자성 물질에서 독특한 신호를 발견하고, 이 신호가 전자가 여러 원자 사이에 얽힌 상태로 존재하는 양자 다체 상태의 새로운 엑시톤이라는 사실을 확인했다고 밝혔다.

서강대 정현식 교수와 연세대 김재훈 교수, 고등과학원 손영우 교수가 공동교신저자로 참여한 이 연구 결과는 이날 국제학술지 '네이처'(Nature)에 게재됐다.

연구진은 새로 발견한 엑시톤은 삶과 죽음이 중첩돼 존재하는 슈뢰딩거의 고양이처럼 전자가 여러 원자 사이에 얽힌 상태로 존재한다며 이 엑시톤은 이론적으로도 예측된 적이 없는 새로운 양자현상이라고 설명했다.

얽힌 상태는 둘 이상의 상태가 양자적으로 서로 연결돼 있어 각각의 상태를 따로 떼어 독립적인 파동함수로 다룰 수 없는 상태를 말한다.

2차원 자성 반데르발스 물질인 삼황화인니켈(NiPS₃) 결정구조[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구진은 2차원 반데르발스 자성물질인 삼황화인니켈(NiPS₃)에 흡수된 뒤 다시 방출되는 빛을 측정하는 광방출시험을 통해 파장 여러 개의 주파수와 파형이 일치해 증폭되는 '결맞음'(coherence)이 강한 빛 신호를 발견했다.

2차원 반데르발스 물질은 그래핀 등처럼 층 사이가 반데르발스 결합으로 불리는 약한 전기적 인력으로 묶여 있어 얇은 원자층으로 분리할 수 있는 물질로, 1차원(선)이나 3차원(입체)에서 나타나지 않는 전자 상호작용으로 독특한 물리적 특성을 갖는다.

NiPS3에서 광방출·광흡수 실험으로 얻은 엑시톤 신호(a) 2차원 자성 물질에서 방출된 빛을 측정했더니 특정 에너지를 가진 빛이 강한 것을 발견했다. 이런 신호는 엑시톤의 증거인데 기존보다 결맞음이 100배 이상 높은 수준이다. (b) 온도에 따른 신호 폭 그래프. 낮은 온도에서 신호가 매우 좁은 폭으로 분포한다. (c) 광방출 신호의 두께 의존성. (d) 2차원 자성 물질이 흡수한 빛을 측정했다. 이론적으로는 광방출 실험과 광흡수 실험 결과가 같아야 하는데, 광방출 실험에서 관찰했던 신호(피크 1)가 똑같이 나타난다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구진은 광방출실험에서 발견한 결맞음이 매우 강한 엑시톤 신호를 서로 다른 세 가지 실험으로 확인하고 이 신호 데이터를 계산해 이 엑시톤이 전자가 특정 원자에 속해 있는 것이 아니라 존재 확률이 산재해 있어 여러 원자에 동시에 속박된 양자다체상태임을 규명했다.

연구진은 이 빛의 운동량과 에너지 분산 관계를 측정하는 공명 비탄성 X선 산란실험을 수행한 뒤 이를 최신 양자역학 기반의 다체 이론을 적용하고 많은 양의 계산을 수행한 결과와 비교해 이번에 발견한 엑시톤이 양자 다체 상태임을 확인했다고 설명했다.

이들은 양자 다체 자성 엑시톤은 근본적으로 새로운 양자상태로 2차원 물질 양자현상 연구에 기여해 양자정보기술 혁명을 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다고 밝혔다.

또 엑시톤에서 발생하는 빛은 양자상태로 정보를 전달하는 양자정보통신으로 확장될 수 있으며, 이때 엑시톤이 갖는 양자상태를 더 잘 이해하는 것이 중요하다고 덧붙였다.

박제근 교수는 "2차원 물질에서는 특이 양자상태가 매우 드물다"며 "이 연구는 한국 연구진이 개척해 중요 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

2차원 자성물질에서 '양자 자성 다체 엑시톤' 발견 연구진(왼쪽부터) IBS 강상관계 물질 연구단 박제근 전(前) 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수), 정현식 서강대 물리학과 교수, 김재환 연세대 물리학과 교수, 손영우 고등과학원 계산과학부 교수. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

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드루킹 댓글 조작 공모 혐의를 받는 김경수 경남도지사가 20일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 항소심 속행 공판에 출석하기 전 취재진의 질문에 답하고 있다. /이선화 기자

'닭갈비' 이어 '역작업' 공방…9월 변론 종결 전망

[더팩트ㅣ김세정 기자] '닭갈비 영수증'으로 반전의 기회를 맞은 김경수 경남도지사의 재판에서 특검이 킹크랩 시연 이후 김 지사와 드루킹 김동원 씨 사이에 '20분 독대가 있었다'고 새로운 주장을 내놨다.

특검과 김 지사 측 동선을 비교하면 시차가 약 30~40분 나는 상황에서 특검이 시차를 채울 근거를 들고 온 셈이다. 다만 김 지사 측은 "어느 누구도 그런 주장을 하고 있지 않다"며 특검의 새 주장에 의문을 나타냈다.

서울고법 형사2부(함상훈 부장판사)는 20일 오후 포털사이트 댓글 조작 공모 혐의로 재판에 넘겨진 김경수 지사의 항소심 19차 공판기일을 열었다.

특검은 이날 재판에 앞서 '2016년 11월 9일' 타임라인을 정리해 의견서로 제출했다. 특검의 타임라인에는 '김 지사와 드루킹 김 씨가 킹크랩 시연 후 방을 옮겨 20~30분의 독대 시간을 가졌다'는 내용이 포함된 것으로 알려졌다.

특검은 김 지사가 2016년 11월 9일 경기도 파주시 경공모 사무실(산채)을 방문해 오후 8시 7~23분 드루킹 김동원 씨의 킹크랩 시연을 보고 개발을 승인했다고 본다. 1심 재판부는 이를 인정하고 김 지사에게 징역 2년의 실형을 선고했다.

반면 김 지사 측은 산채에 방문한 것은 맞지만 경공모 회원들과 식사를 하고 브리핑을 들었기 때문에 시연을 보지 않았다고 주장한다. 김 지사 측은 이를 입증하기 위해 수행비서의 구글 타임라인과 닭갈비 영수증을 증거로 들고 있다.

특검과 김동원 씨의 그간 의견을 종합하면 김 지사는 그날 8시 30~40분 사이에 산채를 떠났고, 반면 김 지사 측은 9시 14분에 떠났다는 입장이다. 독대는 이 시간상 공백을 설명하기 위한 것이다.

재판이 끝난 후 변호인은 "타임라인과 관련해서 특검에게 입장을 밝히라고 누차 이야기했는데 이제야 밝혔다. 킹크랩 시연이 끝난 후 다시 김동원의 방에 가서 따로 20분 정도 독대했다는 새로운 동선 하나를 추가해서 주장한다"면서 "여태까지 재판 과정에서 김동원이 했던 말과도 완전히 대치된다"고 지적했다.

그러면서 "근거가 있는 이야기가 아니다"며 "독대했다는 것을 (특검이) 어떻게 설명을 할지 좀 궁금하다"라고 덧붙였다.

드루킹 댓글 조작 공모 혐의를 받는 김경수 경남도지사가 20일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 항소심 속행 공판에 출석하기 전 취재진의 질문을 들으며 마스크를 벗고 있다. /이선화 기자

김 지사 측은 또 '댓글 역작업'이 상당수 있었다며 김동원 씨와의 공모관계를 부인했다. 과거 경공모가 한 댓글 작업 중 문재인 당시 더불어민주당 대선후보에게 불리한 댓글 작업이 공소사실에 포함됐는데, 김 지사 측은 이를 근거로 김동원 씨의 독자적인 결정과 판단에 따라 댓글 조작 작업을 한 것이라는 입장이다.

특검은 "역작업은 1%에도 미치지 못한다. 실수한 부분도 있다"고 반박했다. 특검은 이날 경공모 회원들의 텔레그램 대화 내용을 제시하며 역작업이 회원들의 실수라고 주장했다.

재판부는 김 지사 측의 '역작업' 주장에 대해 "유의미하다"며 특검에 공소사실 분류를 재차 요구했다. 그러면서 "대법원에서 견해가 달라 이 부분이 심리가 안 된다면 저희가 한 노력이 물거품이 된다"고 덧붙였다.

재판부는 오는 9월 3일을 목표로 항소심 공판을 종결하겠다고 밝히기도 했다. 이날 특검이 구형한다면 김 지사에 대한 항소심 선고는 이르면 10월쯤 이뤄질 것으로 보인다.

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