이달의 과학기술인상에 김범준 포스텍 교수…양자 물질 스핀 네마틱 상... > IT/과학기사 | it/science

김범준 포항공과대학교포스텍 물리학과 교수가 이달의 과학기술인상 12월 수상자로 선정됐다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매달 1명씩 선정해 과학기술정보통신부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

김범준 교수는 이리듐산화물Sr2IrO4로 이뤄진 양자 물질에서 세계 최초로 스핀 네마틱 상을 관측하는데 성공했다. 스핀은 양자역학에서 입자의 운동과 무관한 고유 각운동량을 뜻한다. 원자 단위의 작은 자석과 같다.

물질은 대부분 고체, 액체, 기체 세 가지 상으로 존재하지만 휴대폰 화면 등에 쓰이는 액정液晶처럼 액체와 고체 성질을 동시에 가지는 네마틱 상도 존재한다. 양자역학적인 스핀 네마틱 상의 존재는 반세기 전에 이론적으로 예측됐지만, 실험을 통해서는 관측이 이뤄지지 않았다. 원자 단위의 작은 자성을 가진 스핀은 네마틱 상이 되면 자성이 사라져 기존의 기술과 장비로는 관측이 어렵기 때문이다.


김범준 교수는 세계에서 3번째로 고분해능 X-선 산란 분광기RIXS를 개발하고, 포항가속기연구소에 이를 구축해 실험을 진행했다. 그 결과 스핀 양자물질이자 고온초전도체 후보물질인 이리듐 산화물에 X선을 조사하며 양자 스핀 네마틱 상의 존재를 세계 최초로 관찰했다. 이리듐 산화물에서 스핀의 공간적 구조를 완전히 해독했고, 여러 개의 스핀 사이에 양자 얽힘이 존재한다는 사실도 밝혔다. 연구 결과는 지난 2023년 12월 국제학술지 네이처에 게재됐다.

김범준 교수는 “이번 연구는 이론적으로 반세기 전에 예측된 스핀 네마틱 상의 존재를 실험적으로 확인한 데 의의가 있다”며 “앞으로 이 물질상의 특성을 잘 이해하게 되면 고온초전도체 등에 새로운 응용 가능성이 있을 것”이라고 말했다.

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이종현 기자 iu@chosunbiz.com