직접 관찰이 어려웠던 금속 물질에서의 스핀-전하 분리를 국내 연구진이 직접 관찰하는 데 성공했다. 향후 초전도 현상 규명의 실마리를 얻고 새로운 양자 정보 소재로 활용될 수 있을 전망이다.

10일 아주대학교는 김성헌 아주대 물리학과 교수와 한국과학기술원(KAIST) 현정훈 박사·김용관 교수 공동 연구팀이 1차원 사슬구조 물질 내에서 도체-부도체 전이에 걸쳐 스핀-전하 분리 현상을 관찰하는 데 성공했다고 밝혔다.

세 종류의 1차원 원자사슬로 구성된 니오븀(Nb)-셀레늄(Se) 화합물로 NbSe3 시료를 합성해 각분하고, 광전자분광법을 이용한 띠구조 분석으로 스핀의 정보와 전하의 정보가 서로 다른 속도로 전달되는 것을 직접 관측하는 데 성공했다.

화합물 내 광전자가 튀어나온 자리에 형성된 양전하의 움직임과 각 전자들의 스핀 뒤집힘에 따른 스핀 움직이 명확하게 분리돼 거동한 것을 포착한 것이다.

이러한 현상은 초전도 현상이 발현되기 전에 나타나는 비(非)페르미 액체 상태를 규명하기 위한 단서를 제공할 뿐 아니라, 스핀과 전하라는 서로 다른 정보를 전달하는 양자 정보 소재로의 응용 가능성이 있어 주목을 받고 있다.

실제 물질에서 초전도 현상을 직접 관측하는 것은 사실상 불가능하지만 이번 연구를 통해 앞으로 초전도 현상의 발현 원리 규명에 중요한 단서가 나올 것으로 기대된다.

이번 연구 내용은 '준1차원 NbSe3의 전하밀도파 전이에 걸친 밴드 선택적 스핀-전하 분리'라는 제목의 논문으로 미국물리학회가 발간하는 물리학 분야 저명 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 게재됐다.

[ 경기신문 = 장진 기자 ]