박문집 한양대 교수팀, ‘차원 간 위상 상전이 현상’ 실험 구현

[캠퍼스人+스토리] 전자 존재 차원에 따라 전자 이동이 바뀌는 현상 실험 구현

박문집 한양대학교 물리학과 교수. /한양대

박문집 한양대학교 물리학과 교수팀이 이론상 존재하던 '차원 간 위상 상전이' 현상을 실험에서 구현했다. 차원 간 위상 상전이는 전자가 존재할 수 있는 차원에 따라 전자의 이동성이 바뀌는 현상이다.

31일 한양대에 따르면 박 교수팀은 물질 내부 균열을 이용해 위상 상전이 현상을 실험으로 보였다.

교수팀은 전이금속 칼코겐 화합물인 몰리브덴 텔루라이드(MoTe2)에 외부 압력을 가해 내부 균열을 만들고 주사 터널 현미경 탐침으로 1차원 경계면을 형성했다. 그 결과, 연구팀은 한 경계면에서는 금속 특성을, 다른 경계면에서는 위상부도체 특성을 보여 전자의 이동 차원을 실험적으로 제어했다. 또한 균열의 끝점인 1차원 모서리에서 전자가 특정 점에 갇히는 0차원 양자점 현상도 확인했다.

박문집 한양대학교 물리학과 교수팀이 최근 실험으로 구현한 '차원 간 위상 상전이' 현상 설명자료. /한양대

한양대 관계자는 "물질의 차원 축소와 함께 전자의 이동성을 제어할 수 있다고 이론적으로만 제시되어 왔다"며 "이번 실험 결과는 물질 내부 균열을 활용해 차원을 넘나들며 전자 이동 차원을 제어한 중요한 실험적 성과로 평가된다. 실험 결과는 전자재료 연구 분야에 중요한 돌파구를 열어 다양한 전자 및 광전자 장치에 응용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

박문집 교수는 "이번 연구는 기존 이론물리학 관심사로 국한된 차원 축소 개념을 실험적으로 구현하고 제어할 수 있는 가능성을 최초로 보여주었다는 점에서 큰 의미"라며 "향후 도체-부도체 상전이뿐만 아니라 차원 간 상전이를 응용한 새로운 전자재료와 장치 개발이 가능해질 것"이라고 밝혔다.

한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 지난 29일 종합 과학 분야 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.