양자다체 엑시톤 발견.. 양자정보통신 새로운 장
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송종란
작성일20-07-21 21:55
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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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문재인 대통령이 20일 서울 지역 주택 공급 확대를 위해 검토된 그린벨트를 해제하지 않겠다고 결정했다. /청와대 제공
환경 보전에 무게…당정청 엇박자 정리
[더팩트ㅣ청와대=신진환 기자] 문재인 대통령이 20일 서울 지역 주택 공급 확대를 위해 검토된 그린벨트(개발제한구역)를 해제하지 않겠다고 결정하면서 해제 여부를 둘러싸고 빚어진 혼선은 어느 정도 수그러들 전망이다. 하지만 시장 혼란을 부추겼다는 점에서 비판을 피할 수 없게 됐다.
문 대통령은 이날 청와대에서 정세균 국무총리와 주례회동을 하고, 그린벨트는 미래세대를 위해 해제하지 않고 계속 보존해 나가기로 했다. 이로써 그간 당정이 검토했던 그린벨트 해제 카드는 주택 공급 확대 대책에서 제외될 것으로 예상된다.
문 대통령은 훼손하면 회복할 수 없는 환경을 건드려서는 안 된다고 판단한 것으로 보인다. 취임 이후 4대강 자연성 회복 등 자연생태계 보존에 각별한 인식을 내비쳤던 점을 고려하면 문 대통령의 '결정'은 당장 시급한 부동산 문제보다는 환경 보전에 무게를 둔 것으로 풀이된다.
정치적 부담이 가중되는 것도 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 부동산 문제로 국정 지지율이 계속 내림세를 보이는 상황이었다. 이런 가운데 그린벨트 해제에 대해 국민 10명 중 6명은 필요하지 않다는 여론조사까지 나왔다. 그린벨트를 풀었다면 환경단체는 물론 거센 반발 여론에 직면할 가능성이 컸다.
특히 그간 당·정·청 간 그린벨트 해제를 두고 엇갈리는 발언들이 나왔다. 앞서 더불어민주당과 정부는 6·17 부동산 대책 발표 이후에도 서울 등 수도권 집값이 오르자 지난 15일 그린벨트 해제까지 포함해 대책을 검토하겠다고 했다.
문 대통령과 정세균 국무총리는 국가 소유인 서울 태릉 골프장 부지를 활용해 주택을 공급하는 방안에 대해서는 국방부와 서울시 등 관계 부처와 지자체가 계속 논의해 나가도록 했다. /이선화 기자
김상조 청와대 정책실장은 지난 17일 그린벨트 해제와 관련해 "정부가 이미 당정 간을 통해 의견을 정리했다"고 했다. 그린벨트 해제에 무게를 둔 것으로 해석됐다. 그런데 19일 정 국무총리가 그린벨트 해제에 매우 신중해야 한다면서 제동을 걸었다.
서울시도 그린벨트 해제에 반대 의사를 분명히 밝힌 데 이어 추미애 법무부 장관과 이재명 경기도지사까지 공개적으로 반대 의견을 내면서 공론화가 됐다. 야당까지 가세하면서 정치 이슈로 번져 논란은 가열됐다.
때문에 국정 운영의 정점에 있는 문 대통령으로서는 명확한 메시지를 통해 상황을 정리할 필요가 있었다. 단순히 당정청 간 엇박자를 넘어서 자칫 정부의 부동산 정책에 대한 신뢰성과 직결될 수도 있었기에 더욱 그러했다.
그린벨트 해제 여부는 주택시장 안정화 효과보다는 투기 조장 등 역효과 가능성도 있어 신중하지 않을 수 없는 문제다. 실제 그린벨트가 있는 서울 강남 일대의 집값이 들썩이는 등 과열 양상을 보였다. 당정청이 시장 혼란을 야기하고 집값 상승을 부추겼다는 비판을 받는 이유다.
문 대통령과 정 총리는 국가 소유인 서울 태릉 골프장 부지를 활용해 주택을 공급하는 방안에 대해서 국방부와 서울시 등 관계 부처와 지자체가 계속 논의해 나가도록 했다. 문 대통령이 직접 태릉 골프장 부지를 거론한 만큼 인근 지역에 투기 수요가 몰릴 가능성이 있다.
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문재인 대통령이 20일 서울 지역 주택 공급 확대를 위해 검토된 그린벨트를 해제하지 않겠다고 결정했다. /청와대 제공환경 보전에 무게…당정청 엇박자 정리
[더팩트ㅣ청와대=신진환 기자] 문재인 대통령이 20일 서울 지역 주택 공급 확대를 위해 검토된 그린벨트(개발제한구역)를 해제하지 않겠다고 결정하면서 해제 여부를 둘러싸고 빚어진 혼선은 어느 정도 수그러들 전망이다. 하지만 시장 혼란을 부추겼다는 점에서 비판을 피할 수 없게 됐다.
문 대통령은 이날 청와대에서 정세균 국무총리와 주례회동을 하고, 그린벨트는 미래세대를 위해 해제하지 않고 계속 보존해 나가기로 했다. 이로써 그간 당정이 검토했던 그린벨트 해제 카드는 주택 공급 확대 대책에서 제외될 것으로 예상된다.
문 대통령은 훼손하면 회복할 수 없는 환경을 건드려서는 안 된다고 판단한 것으로 보인다. 취임 이후 4대강 자연성 회복 등 자연생태계 보존에 각별한 인식을 내비쳤던 점을 고려하면 문 대통령의 '결정'은 당장 시급한 부동산 문제보다는 환경 보전에 무게를 둔 것으로 풀이된다.
정치적 부담이 가중되는 것도 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 부동산 문제로 국정 지지율이 계속 내림세를 보이는 상황이었다. 이런 가운데 그린벨트 해제에 대해 국민 10명 중 6명은 필요하지 않다는 여론조사까지 나왔다. 그린벨트를 풀었다면 환경단체는 물론 거센 반발 여론에 직면할 가능성이 컸다.
특히 그간 당·정·청 간 그린벨트 해제를 두고 엇갈리는 발언들이 나왔다. 앞서 더불어민주당과 정부는 6·17 부동산 대책 발표 이후에도 서울 등 수도권 집값이 오르자 지난 15일 그린벨트 해제까지 포함해 대책을 검토하겠다고 했다.
문 대통령과 정세균 국무총리는 국가 소유인 서울 태릉 골프장 부지를 활용해 주택을 공급하는 방안에 대해서는 국방부와 서울시 등 관계 부처와 지자체가 계속 논의해 나가도록 했다. /이선화 기자김상조 청와대 정책실장은 지난 17일 그린벨트 해제와 관련해 "정부가 이미 당정 간을 통해 의견을 정리했다"고 했다. 그린벨트 해제에 무게를 둔 것으로 해석됐다. 그런데 19일 정 국무총리가 그린벨트 해제에 매우 신중해야 한다면서 제동을 걸었다.
서울시도 그린벨트 해제에 반대 의사를 분명히 밝힌 데 이어 추미애 법무부 장관과 이재명 경기도지사까지 공개적으로 반대 의견을 내면서 공론화가 됐다. 야당까지 가세하면서 정치 이슈로 번져 논란은 가열됐다.
때문에 국정 운영의 정점에 있는 문 대통령으로서는 명확한 메시지를 통해 상황을 정리할 필요가 있었다. 단순히 당정청 간 엇박자를 넘어서 자칫 정부의 부동산 정책에 대한 신뢰성과 직결될 수도 있었기에 더욱 그러했다.
그린벨트 해제 여부는 주택시장 안정화 효과보다는 투기 조장 등 역효과 가능성도 있어 신중하지 않을 수 없는 문제다. 실제 그린벨트가 있는 서울 강남 일대의 집값이 들썩이는 등 과열 양상을 보였다. 당정청이 시장 혼란을 야기하고 집값 상승을 부추겼다는 비판을 받는 이유다.
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