전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 ICT

속보

더보기

노벨상 '별난 물질' 현실로..양자소자 활용 기대

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

나노선 위상물질 측정기술 개발
표준과학硏 연구성과

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = # 2016 노벨물리학상은 데이비드 사울리스(미국 워싱턴대), 던컨 홀데인(미국 프린스턴대), 마이클 코스털리츠(미국 브라운대) 교수 3인에게 돌아갔다. 이들은 위상학(topology)이라는 수학적 개념을 물리학에 도입, '별난 물질(exotic matter)'로 불리는 위상물질(topological matter)을 세상에 알렸다. 그로부터 3년, 전 세계는 이론에만 존재하는 이 별난 물질을 현실로 가져오기 위한 연구로 뜨겁다.

한국표준과학연구원(KRISS·원장 박상열)은 독일 쾰른대와 공동 연구로 일반 금속이나 반도체 등과 다른 특성을 지녀 '별난 물질'로 불리는 위상물질의 활용성을 높일 측정기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

KRISS 양자기술연구소 서준호 책임연구원과 쾰른대 김건우 연구위원 공동연구팀은 머리카락 1000분의 1 굵기인 나노역학소자의 공진 주파수를 분석, 위상물질의 특성을 측정하는 기술을 개발했다.

연구에 활용된 위상물질 기반 나노역학소자의 모습. 가운데 기타 줄처럼 고정돼있는 부분이 나노선(nanowire)이며 나노선의 공진을 통해 위상물질의 상태를 파악했다. 2019.10.23. [자료=한국표준과학연구원]

연구결과(논문명 "Nanomechanical characterization of quantum interference in a topological insulator nanowire")는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 10월 최신호에 게재됐다.

이번 성과는 위상물질 기반 나노역학소자 연구의 세계 최초 결과로서, 위상물질이 이론을 넘어 양자컴퓨팅, 양자통신의 기반인 양자소자로 활용할 수 있음을 시사하고 있다.

위상학은 오랜 시간 수학자들의 전유물이었지만, 최근에는 물질의 위상학적 상태에 대한 발견에 노벨물리학상을 수여하는 등 물리학의 영역을 확장시킬 수 있는 도구로 주목받고 있다.

위상학적 상태를 가진 위상물질은 '구멍의 수'로 상태를 구분한다. 찰흙으로 만든 공을 도넛 모양으로 만들려면 반드시 구멍을 만들어야 한다. 위상학의 세계에서 구멍이 없는 공과 한 개 있는 도넛은 마치 고체와 액체처럼 다른 상태인 것이다. 마찬가지로 반지는 도넛과 다르게 보이지만 구멍이 1개이므로 위상학적으로는 같다고 표현한다.

위상물질로 제작한 전자소자는 온전한 '양자 결맞음' 상태를 가질 수 있어 양자소자로 활용할 수 있다. 하지만 극히 이론적인 개념이었던 위상학을 현실에 적용하기 위해서는 아직 베일에 싸여 있는 위상물질의 특성을 완벽히 이해해야만 한다.

연구팀은 수백 나노미터(nm·1nm은 10억분의 1m)) 굵기의 위상물질 나노선 기반 역학소자를 제작, 위상물질의 가장 중요한 특성 중 하나인 전자상태 밀도에 대한 신개념 측정 기술을 시연하는 데 성공했다. 위상절연체인 비스무스셀레나이드(Bi2Se3) 화합물로 나노선을 만든 다음, 금속 박막 전극에서 수십 나노미터 떨어져 진동하도록 하여 전극을 통해 역학적 공진을 유도 및 측정했다.

나노역학소자는 나노선의 양쪽을 고정하고 띄운 형태로 기타 줄을 연상시킨다. 기타 줄을 튕기면 공진하듯 나노선도 공진을 발생시킬 수 있고 이 때 물질의 위상상태, 즉 '구멍의 수'를 알아낼 수 있다.

극저온에서 나노선 표면의 전자는 양자 결맞음이 잘 유지돼 양자간섭을 보인다.

연구진은 이를 통해 위상물질의 전기적 특성은 물론 상태밀도에 따른 공진주파수 변화까지 동시에 측정하는 데 성공했다. 또 이 같은 실험결과가 나노선의 진동과 그 표면에 존재하는 전자계의 상호작용에 의한 양자현상에 기인함을 이론 계산을 통해서 명확히 밝혀냈다.

KRISS 서준호 책임연구원은 "대표적인 반도체 소자인 트랜지스터가 나오기 전까지 실리콘이라는 반도체 물질의 특성을 파악하는 데에만 수십 년이 걸렸다"며 "이번에 개발한 역학적 공진 기반 측정기술 또한 큐빗, 스핀트로닉스 소자 등 미래 양자소자에 활용할 수 있는 위상물질의 특성을 파악하는 중요한 성과"라고 말했다. 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
마라톤 '서브 2' 기술 도핑 논란 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 인류 첫 공식 마라톤 '서브 2'라는 신기원이 세워지고 축하와 동시에 '기술 도핑' 논란이 일고 있다. 케냐의 사바스티안 사웨는 26일 런던 마라톤에서 42.195㎞를 1시간 59분 30초에 끊었다. 2023년 켈빈 키프텀이 시카고에서 세운 종전 세계기록 2시간 00분 35초를 무려 1분 5초나 앞당긴 기록이다. 공식 대회에서 인류 최초로 '서브 2'를 달성한 순간이었다. 2위로 들어온 에티오피아의 요미프 케젤차도 1시간 59분 41초를 기록하며 두 번째 공식 서브 2 러너가 됐다. '넘을 수 없는 벽'으로 여겨졌던 2시간 장벽이 같은 날, 같은 코스에서 연달아 무너진 것이다. 여자부에선 티지스트 아세파가 2시간 15분 41초로 스스로 세웠던 세계기록을 9초 줄이며 새 기록을 썼다. [런던 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=사바스티안 사웨(오른쪽)가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 1위로 결승선을 골인한 뒤 여자 엘리트 레이스 우승자 티지스트 아세파와 함께 신발을 들어보이며 포즈를 취하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 세 사람은 모두 아디다스의 최신 레이싱화 '아디제로 아디오스 프로 에보3'를 신고 달렸다. 이 신발은 한 짝 무게가 97g에 불과한 초경량 카본화로 현재 규정상 허용되는 레이스용 슈즈 가운데 가장 가벼운 모델로 알려졌다. 힐 39㎜·포어풋 33㎜ 스택, 6㎜ 드롭으로 세계육상연맹이 정한 도로 레이스용 밑창 두께(40㎜ 이하) 규정을 간신히 충족했다. 사웨는 로이터·BBC 등과의 인터뷰에서 "기술 도핑이냐"는 질문을 정면으로 부인했다. 그는 "이 신발은 공식 승인을 받았다. 매우 가볍고 편안하며 앞으로 밀어주는 느낌이 드는 건 사실이지만 나는 규정에 맞는 신발을 신고 뛰었다"고 말했다. 슈즈 논쟁은 어제오늘 일이 아니다. 2016년 나이키가 탄소섬유 플레이트를 넣은 '베이퍼플라이'를 선보이면서 마라톤 기록은 '초(秒) 단위'에서 '분(分) 단위'로 떨어지기 시작했다. 카본 플레이트와 고반발 미드솔은 발이 지면을 딛고 나갈 때 추진력을 높이고 에너지 손실을 줄여 42.195㎞에서는 수십 초, 많게는 1분 이상 차이를 만든다. '슈퍼 슈즈'의 위력이 커지자 세계육상연맹은 2020년 규정 손질에 나섰다. 도로 레이스용 신발은 밑창 두께를 40㎜ 이하로 제한하고, 탄소 플레이트나 블레이드는 1장만 허용했다. 기술의 방향은 제한하고 혁신 자체는 허용한 것이다. 우사인 볼트는 2016년 리우 올림픽에서 일반 스파이크를 신고 세계기록을 세운 뒤 2021년 인터뷰에서 "내가 뛰던 시절엔 세계육상연맹이 새 스파이크를 아예 못 신게 했다. 요즘 나오는 스파이크 이야기를 듣고 귀를 의심했다"고 말했다. 수영에선 2008년 전신 수영복이 1년 사이 108개의 세계기록을 쏟아낸 끝에 2010년 전면 금지된 전례도 있다. 세계육상연맹은 밑창 두께와 탄소판 수를 제한하면서도 '슈퍼 슈즈 시대'를 인정했다. 덕분에 선수들은 기록을 갈아치우고 브랜드는 기술 경쟁을 벌이며 마라톤은 또 한 번 진화 중이다. 사웨의 1시간 59분 30초가 보여준 건 인간과 기술이 함께 만든 '새 시대의 기준'을 둘러싼 논쟁이 당분간 이어질 것이라는 점이다. psoq1337@newspim.com 2026-04-28 14:18
사진
민주, 하남갑 이광재·평택을 김용남 [서울=뉴스핌] 김승현 기자 = 더불어민주당 전략공천위원회가 27일 회의를 열고 오는 6월 3일 실시 예정인 경기 지역 재보궐선거 국회의원 후보 3명에 대한 전략공천을 의결했다. 이재명 대통령의 최측근 인사 중 한 명으로 재보궐선거 출마를 희망했던 김용 전 민주연구원 부원장은 공천하지 않기로 결정했다.  이광재 전 민주당 의원. [사진=뉴스핌 DB] 강준현 수석대변인은 이날 브리핑을 통해 "경기 하남갑에 이광재 전 강원지사, 경기 평택을에 김용남 전 의원, 경기 안산갑에 김남국 전 의원을 각각 공천했다"고 밝혔다. 강 대변인은 "지난 총선 초박빙 승부처였던 핵심 경합지 하남갑에는 당이 어려울 때마다 선당후사를 실천한 이광재 후보를 배치했다"며 "이 후보는 3선 국회의원과 광역단체장을 지낸 중량감 있는 정치인으로 GTX 연장 등 굵직한 지역 사업을 중앙과 직결해 속도감있게 해결할 적임자"라고 설명했다. 이어 "보수 텃밭에서도 승리한 경험과 수도권 현안에 대한 높은 이해도를 두루 갖춘 가장 경쟁력 있는 후보"라고 덧붙였다. 김용남 전 의원 [사진=뉴스핌 DB} 평택을에 대해서는 "보수 성향이 짙은 지역인 만큼 합리적이고 개혁적 보수의 대표 인사인 김용남 전 의원을 공천했다"고 밝혔다. 강 대변인은 "김용남 후보는 지난 대선 과정에서 우리 진영의 외연 확장과 승리에 지대한 기여를 한 바 있다"며 "진영을 뛰어넘는 폭넓은 지지 기반으로 험지에서도 승리할 수 있는 높은 본선 경쟁력을 갖추고 있다"고 평가했다. 안산갑에는 김남국 전 의원을 전략공천했다. 강 대변인은 "김남국 후보는 최근까지 대통령 비서실 국민디지털소통관으로 근무하며 이재명 대통령의 국정철학을 가장 깊이 이해하고 국민들과 소통해왔다"고 소개했다. 그러면서 "과거 안산 지역구에서 국회의원을 역임하며 다져온 탄탄한 조직력과 높은 현안 이해도를 바탕으로 즉시 실전에 투입돼 우리 당의 승리를 이끌 것"이라고 강조했다. 김남국 전 민주당 의원 [사진=뉴스핌 DB] 경기 지역 출마를 준비했던 김용 전 부원장은 경기를 포함해 이번 재보선에서 공천하지 않기로 최종 확정했다.  조승래 사무총장은 "김용은 검찰 조작기소의 피해자이고 당과 대통령을 도운 여러 기여가 있다는 점에 대해 당 안팎 많은 분들이 기회를 줘야 한다는 의견이 있었다"며 "그러나 당은 지방선거와 재보궐선거 전체에 미치는 영향을 종합 판단해서 공천하지 않는 게 적절하다는 판단을 내렸다"고 설명했다. 그러면서 "김용에 대해서 다른 지역 공천 검토도 어렵다"고 덧붙였다. 김용 전 민주연구원 부원장. [사진=뉴스핌 DB] 이연희 전략공천관리위원회 간사는 "오늘 제가 김용을 만나 뵙고 전후사정을 잘 설명했고 선당후사 차원에서 큰 결단을 내릴 것으로 기대한다"고 말했다. 조 사무총장은 하정우 청와대 AI수석의 입당 및 출마 문제에 대해 "제가 만났고 어제 정청래 대표가 만나서 출마에 대한 마지막 대화를 나눴다"며 "듣기로는 출마할 것으로 안다. 그렇게 되면 입당 절차와 공천 절차를 추후 진행할 것"이라고 말했다. kimsh@newspim.com 2026-04-27 18:26
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동