8월 과학기술인상, 포항공대 조길영 교수 선정

- 빛으로 물질의 성질 바꿀 수 있는 ‘플로케 상태’ 지속 성공

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 8월 수상자로 포항공과대학교 물리학과 조길영 교수를 선정했다고 지난달 3일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 조길영 교수가 빛을 이용하여 고체 물질의 전기적·광학적·양자역학적 특성을 자유자재로 바꿀 수 있는 플로케(Floquet) 상태를 지속적으로 구현하는 데 성공하여 양자기술 발전과 신소재 개발의 교두보를 마련한 공로를 인정했다고 밝혔다.
  과학계에서는 열, 압력 등의 방식이 아닌 빛을 물질에 쪼이면 물질 내부의 전자와 빛이 양자역학적으로 결합한 상태인 ‘플로케 상태’가 될 수 있다는 가설이 있었고, 지난 2013년 처음 관측된 바 있다. 이후, 많은 연구자가 ‘플로케 상태’ 구현에 도전했지만, 지금까지 구현된 ‘플로케 상태’는 250펨토초 수준에 그쳤다. 이에 따라 ‘플로케 상태’는 존재 여부만 확인하고, 특성과 활용 연구는 미진했다.
  조길영 교수는 안정적인 플로케 상태를 구현하는 새로운 실험법을 개발하고, 기존 플로케 상태 지속 시간을 25시간 이상 지속하는데 성공했다. 연구팀은 플로케 상태의 미세한 신호를 측정할 수 있는 초전도-그래핀 소자 기술을 활용, 상대적으로 세기가 약한 마이크로파를 이용해 플로케 상태를 구현하여 빛으로 인한 발열 문제를 해결했다. 또한 마이크로파의 세기를 조절하여 그래핀의 전자 구조를 조작할 수 있음을 확인했다. 관련 연구성과는 2022년 3월 16일 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
  조길영 교수는 “이번 연구는 세계 최초로 플로케 상태를 반영구적으로 지속 구현하는 데 성공했다는 점에 의의가 있다”며 “앞으로 빛의 편광과 주파수 변화에 따른 플로케 상태의 변화를 체계적으로 연구하고, 플로케 연구를 확장하여 완전히 새로운 개념의 비평형 양자 상태의 구현 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

[주요 연구 성과 설명]

<플로케 양자 상태 지속 구현 성공>

[그림 1] 물질의 물성을 자유롭게 조절할 수 있는 플로케 양자 상태
플로케 양자 상태란, 시간에 주기적으로 진동하는 빛을 물질에 가하여 생성할 수 있는 물질 상태로써, 전기적 특성을 포함한 다양한 물성을 자유자재로 조절할 수 있는 꿈의 양자 물질을 일컫는다. 하지만 현재까지의 연구들은 플로케 상태를 고작 1조분의 1초가량 지속하는 것이 한계였으며, 이는 플로케 상태를 이용한 양자 기술 혁신과 신소재 개발 연구의 발목을 잡아 왔다. 이에 연구진은 25시간 이상 지속 가능한 플로케 양자 상태를 실험적으로 구현, 기존 플로케 상태 구현 연구들의 지속 시간 한계를 1경 배 이상 개선했다.

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