2차원 자성 반데르발스는 그래핀과 유사한 벌집 모양의 2차원 골격을 바탕으로 하고 있다. (사진제공=과기정통부)
[뉴스웍스=문병도 기자] 박제근 서울대 교수팀이 '2차원 자성 반데르발스' 분야의 연구 성과와 향후 전망을 집대성한 논문을 물리학계 최고 권위지인 '리뷰스 오브 모던 피직스' 에 실렸다.
일상 속 자석은 부피를 가진 3차원 형태다. 원자가 입체적으로 쌓여 있어 자기적 성질을 안정적으로 유지한다.
원자 한 층 두께에 불과한 '2차원 평면' 상태에서도 자성이 유지될 수 있는지는 현대 물리학의 오랜 숙제였다. 1943년 노르웨이의 라르스 온사거가 이론적 가능성을 제시했으나, 이를 실험으로 증명한 이는 없었다. 난제를 해결한 주인공이 바로 박제근 교수팀이다. 연구팀은 2016년 삼황화린철(FePS3)을 통해 세계 최초로 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현하며 온사거의 이론을 현실로 끌어냈다.
논문이 실린 '리뷰스 오브 모던 피직스(RMP)'는 일반적인 학술지와는 그 궤를 달리한다.
RMP는 최신 연구 결과를 발표하는 곳이 아니라, 특정 분야를 수십 년간 이끌며 세계적 업적을 쌓은 ‘극소수의 석학’에게만 초청 집필 기회를 부여한다. 1929년 창간 이후 물리학의 패러다임을 바꾼 핵심 이론들만이 이곳에 기록됐다. 한국인이 교신저자로 이 학술지에 이름을 올린 것은 100년 가까운 역사 속에서 손에 꼽을 정도로 드문 일이다. 지난 2022년 노태원 서울대 교수의 논문과 지난 2010년대 김필립 하버드대 교수의 논문이 있다. 과거 故 이휘소 박사가 '게이지 이론'으로 이름을 떨친 계기가 된 학술지로도 유명하다.
박 교수의 논문은 총 88페이지, 단행본 환산 시 250페이지가 넘는 방대한 분량으로 2010년부터 이어진 그의 연구 발자취를 집대성했다. 전 세계 학계가 앞으로 이 분야를 연구할 때 반드시 참조해야 할 '표준 지침서'가 발간된 셈이다. '반데르발스 자성체'를 이용한 스핀 기반 양자 현상 제어 기술은 기존 반도체의 한계를 뛰어넘는 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 기술의 핵심이 될 것으로 기대된다. 연구팀은 독보적 경쟁력을 인정받아 지난해 독일 막스플랑크 양자물질 국제협력센터(KOMQUEST)를 서울대에 유치하는 쾌거를 거둔 바 있다.
박제근 교수는 "2010년 한국에서 처음 시작한 연구가 이제는 전 세계 주요 연구기관들이 경쟁하는 글로벌 핵심 분야로 성장했다"며 "RMP 게재를 발판 삼아 대한민국이 차세대 양자물질 분야의 세계적 중심지로 도약하는 데 기여하겠다"고 말했다.
박제근 교수 (사진제공=과기정통부)
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