경희대, 스핀분극 초전도 자기에너지 증폭 현상 발견

- 양자컴퓨터의 새로운 응용 가능성 열려

연구진 사진. 왼쪽부터 이종수 경희대 응용물리학과 교수, 라마툴 히다야티 박사, 김진희 연구교수. (자료제공: 경희대)

자기에너지가 증폭된 초전도의 개념도. (자료제공: 경희대)

경희대학교(총장 김진상)는 이종수 응용물리학과 연구팀이 자기에너지를 증폭시키는 거대 음의 스핀분극 초전도 현상을 세계 최초로 발견했다고 3월 16일 밝혔다.

이번 발견으로 양자컴퓨터의 새로운 응용 가능성을 포착하는 것은 물론, 고체물리학 교과서를 다시 써야 하는 새로운 현상으로 평가받는다. 초전도체는 전기 저항이 ‘0’이 되는 물질로 한 번 흐른 전류가 손실 없이 유지되고, 외부에서 가해준 자기장을 모조리 바깥으로 밀어내는 마이스너 효과를 갖는다. 이 때문에 초전도는 자석 위에서 공중 부양을 하게 된다.

자석 위에서 일어나는 공중 부양은 초전도의 100% 음의 자화라는 특성 때문에 발생하는데 연구팀은 초전도의 음의 자화가 120% 이상 될 수 있음을 발견했다. 기존 고체물리학 교과서에서는 외부 자기장 에너지보다 더 큰 에너지로 자기에너지를 축적할 수 없다. 이에 대해 이 교수는 “특정한 원리에서는 기존 교과서의 한계를 넘어설 수 있음을 보였다”고 설명했다.

연구팀은 철계 고엔트로피 합금 초전도에서 초거대 음의 자화 현상을 발견하고, 원인을 파악하기 위해 심지훈, 김지훈 포항공대 교수와 공동연구를 진행했다.

다양한 실험 이론적 방법으로 초전도 내부 스핀들이 외부에서 가해준 자기장의 방향과 반대 방향으로 정렬하는 특이한 현상을 규명했다. 이러한 특성으로 초전도성이 외부 자기장을 100% 밀어냄과 동시에 자기장과 반대 방향으로 정렬하는 스핀의 자기화 성질이 더해져 120% 이상의 자기에너지가 축적된다는 사실을 확인했다.

이종수 교수는 “초전도 현상의 새롭고 놀라운 발견”이라며 “물리학의 꿈이라고 불리는 마요라나 초전도 발견과 연관되기 때문에 양자컴퓨터의 응용에도 연결될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부 알키미스트 과제의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 내부 표지논문으로 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]