[충남일보 김성현 기자] 한국연구재단은 한양대학교 조준형 교수 연구팀과 젱창간 중국 과학기술대학 교수 연구팀이 2차원 카고메 격자 물질에서 플랫밴드의 존재를 입증하고, 강자성의 원인을 규명했다고 26일 밝혔다.

고체 내 전자들의 배열 상태는 물질의 특성과 밀접한 연관이 있다. 특히 전자들이 국소적으로 밀집되어 플랫밴드  상태일 때는 강자성을 비롯해 독특한 양자 상태를 가지게 된다.

플랫밴드는 전자들의 국소화에 의해 준입자들이 매우 무거운 유효질량을 가질 때의 밴드 구조를 말한다.

이를 심도 있게 규명하고 응용하기 위해 연구가 진행 중이지만, 플랫밴드는 아직까지 인위적 구조물에서만 발견될 뿐이며 그 원리도 많이 밝혀지지 않았다.

연구팀은 자연계에 존재하는 철 기반 고체물질(Fe3Sn2)에서 플랫밴드의 존재를 관찰해냈다. 또한 플랫밴드를 갖는 기하학적인 전자 구조에 의해 강자성 현상이 생긴다는 것을 밝혀냈다.

Fe3Sn2는 마치 대나무로 바구니를 엮은 듯한 형태(카고메 격자)로 입자가 배열되어 있다. 연구 결과, 육각형의 상호 네트워크에서 국소적으로 분자 내 전자 교환상호작용이 일어나면서 강자성이 형성된다.

조준형 교수는 "이 연구는 자연계에서 존재하는 철 기반 고체 물질에서 처음으로 플랫밴드의 존재를 입증하고 카고메 격자가 가지는 강자성의 원인을 규명한 것"이라며 "강자성 현상, 고온 분수양자홀 효과, 고온초전도와 같은 다양한 양자현상을 실현할 수 있는 밑거름이 될 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업, KISTI 슈퍼컴퓨팅 연구지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 물리학분야 권위 있는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 8월 24일 게재되었으며, 특별히 편집자 추천 논문(Editors’ Suggestions)으로 선정됐다.

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